Elektrische Energie und Arbeit Grundlagen Elektrische Energie E

Elektrische Energie und Arbeit Grundlagen Elektrische Energie E ist die Energie, die durch Elektrizität übertragen oder in elektrischen Feldern gespeichert wird. Elektrizität Feld [elektrisch] Übertragung Speicherung Energie [elektrisch] Energie, die zwischen elektrischer Energie und anderen Energieformen umgewandelt wird, heißt elektrische Arbeit W*. Umwandlung Arbeit Energie [elektrisch] [*Vor 1970 als Stromarbeit bezeichnet] Energie

Elektrische Energie und Arbeit Grundlagen Die übertragene elektrische Energie wird in der Energiewirtschaft auch als Strommenge bezeichnet. Energie [elektrisch] Übertragung Strommenge Wie jede Energie kann elektrische Energie nicht vernichtet oder erzeugt werden, … Primärenergie Technische Energie Nutzenergie Kohle Erdöl Benzin Elektrizität Licht Wärme Sonne Holz Wärme Pellets Elektrizität …sondern wird von einer in eine andere Erscheinungsform umgewandelt.

Elektrische Energie und Arbeit Grundlagen So wird elektrische Energie* in Kraftwerken, Batterien und Akkumulatoren umgewandelt und… [*z. B. aus Wärmeenergie oder chemischer Energie] Energie [elektrisch] Kraftwerk Umwandlung Licht …zu den Verbrauchern über Stromleitungen transportiert und dann z. B. in Licht oder Wärme umgewandelt.

Elektrische Energie und Arbeit Grundlagen Für elektrische Energie E und Arbeit W wird als Maßeinheit die Wattsekunde Ws oder gleichbedeutend das Joule J genutzt. E W 1 Ws = 1 J [Maßeinheit] Bei quantitativen Angaben zum Energieumsatz wird die Maßeinheit Kilowattstunde k. Wh verwendet. 1 k. Wh = 1. 000 Wh 1 k. Wh = 3. 600. 000 J 1 Wh = 3600 Ws = 3600 J 1 J ≈ 2, 778· 10− 7 k. Wh

Elektrische Energie und Arbeit Grundlagen Wenn elektrische Energie E in mechanische Arbeit, Licht oder Wärme umgewandelt wird, … Umwandlung [elektrisch] Energie Licht Strom [elektrisch] W W Stromkreis [offen] Stromkreis [geschlossen] …verrichtet der elektrische Strom in einem Stromkreis elektrische Arbeit [elektrisch]

Elektrische Energie und Arbeit Grundlagen Wenn Strom von einem Punkt mit dem Potential φ1 zu einem Punkt mit dem Potential φ2 fließt, … A 1 9 V B 1 0 V U U 2 0 V 2 9 V Es gilt: A U = U 12= φ1 – φ2 = 9 V – 0 V = 9 V B U = U 21 = φ1 – φ2 = 0 V – 9 V = – 9 V …bezeichnet man die Potentialdifferenz als Spannung UAB = ΔφAB = φA – φB Die Spannung U [Einheit Volt] ist die Ursache für den elektrischen Strom, der die elektrische Ladung Q transportiert.

Elektrische Energie und Arbeit Grundlagen Bei der Verschiebung einer Ladung Q zwischen zwei Punkten, zwischen denen die Spannung UAB besteht, … A 1 9 V B 1 0 V U U 2 0 V 2 9 V A U = U 12= φ1 – φ2 = 9 V – 0 V = 9 V B U = U 21 = φ1 – φ2 = 0 V – 9 V = – 9 V …beträgt die elektrische Arbeit: W = UAB · Q Arbeit [elektrisch] W=U·Q

Elektrische Energie und Arbeit Grundlagen Der Abfall der Spannung U ist der Verlust des Antriebs der Ladungen Q… Antrieb U Ladung Q [Verlust] Energie [potentiell] …und damit der Verlust von potentieller Energie Epot pro Ladung Q. Es gilt: E = Q(φ1 – φ2) oder E = Q · U bzw. W = ΔE W = Q(φ2 -φ1) oder W = Q · U

Elektrische Energie und Arbeit Grundlagen Durch die Kombination der Gleichung der elektrischen Spannung U und der elektrischen Stromstärke I… [Q = Ladung; t = Zeit] W=U·Q Q=I·T …kann die Gleichung für die elektrische Arbeit W hergeleitet werden. W=U·Q Q=I·T W=U·I·T Das Produkt aus Spannung U, Stromstärke I und Zeit t ergibt die elektrische Arbeit W.

Elektrische Energie und Arbeit Grundlagen Beispiel 1 An eine Glühlampe [6 V/0, 5 A] wird eine Batterie für 4 Stunden angeschlossen. Frage: Wie hoch ist die Energiemenge? Lösung: W=U·I·t W = 6 V · 0, 5 A · 4 h W = 12 Wh [43. 200 J] Antwort: Die Batterie liefert eine Energiemenge von 12 Wh.

Elektrische Energie und Arbeit Grundlagen Beispiel 2 Bei einem Gewitter kommt es zwischen Wolken und Erde zu einem Ladungsaustausch [Blitz]. Blitz [Energie] 2, 5· 109 J; Wolke geladen mit 50 C Wie hoch ist die angelegte Spannung Frage: U zwischen Wolke und Erde? Lösung: W=Q·U [Umstellung] U = 50 · 106 V U = 50 MV Antwort: Die angelegte Spannung beträgt 50 MV.

Elektrische Energie und Arbeit Grundlagen Beispiel 3 Die elektrische Energie wird von Elektrizitätswerken meist in k. Wh [Kilowattstunden] angegeben. Frage: Wie hoch ist dieser Wert in Joule? Lösung: = 1000 · 3600 Ws 1 k. Wh = 1000 Wh 1 k. Wh = 3, 6· 106 J Antwort: 1 k. Wh entspricht 3, 6· 106 J.

Elektrische Energie und Arbeit Grundlagen Beispiel 4 Die Energiemenge 12 Wh soll in Joule umgerechnet werden. Frage: Wie hoch ist die Energiemenge Joule? Lösung: 1 Wh = 60 · 60 Ws = 3600 Joule 12 Wh = 12 · 3600 Joule 12 Wh = 43200 J Antwort: Die Energiemenge 12 Wh sind umgerechnet 43200 J.

Elektrische Energie und Arbeit Grundlagen Zusammenfassung: Elektrische Energie E ist die Energie, die durch Elektrizität übertragen oder in elektrischen Feldern gespeichert wird. Die elektrische Arbeit W gibt an, wie viel elektrische Energie des Stroms in andere Energieformen umgeformt wird.