Wenn wir über Elektrizität sprechen, ist einer der am häufigsten verwendeten Begriffe die elektrische Leistung. Sie ist einer der festen Bestandteile unserer Stromrechnung. Bei dieser Gelegenheit werden wir genau erklären, woraus sie besteht und wie sie berechnet werden kann.
Bedeutung der elektrischen Leistung
Die elektrische Leistung ist die Rate pro Zeiteinheit, mit der elektrische Energie in einem Stromkreis übertragen wird. Einfacher ausgedrückt, kann man sie sich als die Energiemenge vorstellen, die von einem Element zu einem bestimmten Zeitpunkt verbraucht oder erzeugt wird.
Bei einer Glühbirne zum Beispiel kann man sagen, dass sie eine Leistung von 12 W hat, und damit angeben, dass sie, wenn sie in Betrieb ist, zu einer bestimmten Zeit diese Menge an Energie verbraucht.
Wenn wir in einem Haus einen 5-kW-Vertrag haben, ist dies die maximale Leistung, die wir nutzen können. Wir können gleichzeitig auf dem Herd kochen (2,2 kW), die Waschmaschine laufen lassen (1,5 kW), den Kühlschrank (0,25 kW) und die Heizung (1 kW) betreiben, da sie sich auf 4,75 kW summieren, aber wenn wir in diesem Moment die Mikrowelle (0,9 kW) benutzen wollen, wird der Strom „ausfallen“.
Formeln zur Berechnung der elektrischen Leistung, lernen Sie, wie man es macht
Aus der Bedeutung lässt sich ableiten, dass die Leistung als die elektrische Ladung berechnet wird, die in einer bestimmten Zeit eine Potenzialdifferenz durchläuft.
Die Leistung eines elektrischen Geräts lässt sich in der Regel als das Produkt aus der Spannung, an die es angeschlossen ist (V), und der Stromstärke, die durch es fließt (I), definieren, wobei P = V * I zweifellos die bekannteste Version der elektrischen Leistung ist.
Siendo:
- Q die elektrische Ladung, gemessen in Coulombs
- t die Zeit in Sekunden
- V die Potenzialdifferenz oder Spannung, gemessen in Volt
- I der elektrische Strom in Ampere
Formel für die DC-Leistung
Die Formel für die Berechnung der elektrischen Leistung in Stromkreisen, in denen Gleichstrom fließt, ist die gleiche wie unter dem vorherigen Punkt. Wenn wir auch einen Widerstandskreis betrachten, können wir das Ohmsche Gesetz (V = I * R) anwenden, um alternative Ausdrücke zu entwickeln:
Dabei ist R der elektrische Widerstand.
Wenn wir zum Beispiel ein Gerät haben, das mit 24 V arbeitet und durch das 10 mA (Milliampere) fließen, können wir die Leistung wie folgt berechnen:
P=VI=24·0’01=0.24W
Formel für elektrische Wechselstromleistung
In diesem Fall erzeugen die induktiven und kapazitiven Elemente der Schaltkreise eine zeitliche Verzögerung zwischen Spannung und Strom. Aus diesem Grund müssen die quadratischen Mittelwerte der beiden Größen berücksichtigt werden.
Bei Wechselstrom haben wir zum einen die Spannung:
Mit einem Spitzenwert Vp und einer Frequenz f, wobei die typischen Werte bei 230V und 50Hz liegen, wenn wir das Haushaltsnetz betrachten.
Auf der anderen Seite, der Strom:
Dabei handelt es sich um den Höchstwert (Ip), die Frequenz (f) und die Phasenverschiebung (φ), die durch die reaktiven Elemente verursacht wird.
Die Formel für elektrischen Wechselstrom lautet wie folgt:
Mit ein wenig Trigonometrie und dem Ersetzen der Spitzenwerte durch die Effektivwerte (root mean squared) ergibt sich folgendes Bild:
Dabei haben wir einen ersten konstanten Wert, der die Wirkleistung darstellt, und einen zweiten variablen Wert.
Betrachtet man beispielsweise eine lineare Last (bei der cos(φ) mit dem Leistungsfaktor übereinstimmt), so kann man die Wirkleistung eines Geräts, das einphasig mit 220VAC betrieben wird, 15A umläuft und einen Leistungsfaktor von 0,9 hat, wie folgt berechnen:
P=220·15·0’9=2970W=2’97KW
Wie elektrische Leistung gemessen wird
Nachdem wir gesehen haben, wie die elektrische Leistung berechnet wird, werden wir nun erörtern, wie sie in realen Anwendungen gemessen wird, wo wir keine Berechnungen durchführen können oder wollen.
Um die Leistung zu messen, können wir ein so genanntes Leistungsmesser verwenden.
Leistungsmesser
Das Leistungsmeter, ob digital oder analog, ist ein Gerät zur Messung der Leistung in einem bestimmten Stromkreis. In ihrer analogen Version bestehen sie aus zwei festen Spulen (amperimetrisch), die den Strom messen, und einer beweglichen Spule (Voltmeter), die die Spannung misst. Die Stromspulen sind in Reihe und die Spannungsspulen parallel geschaltet.
Die neuesten digitalen Versionen messen die Spannung und den Strom mehrmals pro Sekunde und berechnen die Leistung aus dem Durchschnitt. Sie finden diese Leistungsmesser in unserem Online-Shop. Indem man sie zwischen ein beliebiges Gerät und das Stromnetz schaltet, kann man dessen Verbrauch ermitteln.
Die elektrische Leistung in der Stromrechnung
Wie wir bereits bei anderen Gelegenheiten erwähnt haben, ist der Begriff der kontrahierten Leistung die maximale Leistung, die wir gleichzeitig nutzen können. Er ist einer der festen Bestandteile der Rechnung und einer der ersten, den wir an unseren tatsächlichen Bedarf anpassen müssen, wenn wir Strom sparen wollen.
Wir wissen jetzt ein wenig mehr über die elektrische Leistung und wie sie sowohl in Wechsel- als auch in Gleichstromkreisen berechnet wird.