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VoltBase Grundlagen Arbeit und Energie
Thema 07 Grundlagen

Arbeit und Energie

Was kostet dein Strom wirklich? Wie aus Leistung und Zeit die Energie wird, die der Zähler misst und die du bezahlst.

ca. 7 Minuten Grundlagen Quiz mit 10 Fragen
01

Worum geht es?

Die Leistung sagt, wie schnell ein Gerät Energie umwandelt. Wie viel Energie insgesamt gebraucht wird, hängt zusätzlich davon ab, wie lange es läuft. Diese Menge heißt elektrische Arbeit oder Energie, Zeichen W.

Wie beim Auto: Die Leistung ist, wie schnell du fährst. Die Arbeit ist die ganze Strecke, die du am Ende gefahren bist.

Genau diese Energie zählt der Stromzähler, und genau sie bezahlst du. Ein Wasserkocher mit 2.000 W, der nur drei Minuten läuft, kostet weniger als eine kleine Lampe, die das ganze Jahr brennt.

Energie geht nie verloren. Sie wird nur umgewandelt, im Föhn zum Beispiel in Wärme und Bewegung.

02

Die Formel

Elektrische Arbeit ist Leistung mal Zeit.

Elektrische Arbeit
W=P · t
W in Ws oder kWh · P in W oder kW · t in s oder h
Energie als Fläche unter der Leistung Ein Gerät mit 2 Kilowatt läuft eine halbe Stunde. Die rote Fläche unter der Leistungslinie entspricht der Energie von 1 Kilowattstunde. 15 min30 min45 min 1 kW2 kW W = 1 kWh 2 kW · 0,5 h Zeit t Leistung P
Energie ist Leistung mal Zeit: Ein Gerät mit 2 kW, das eine halbe Stunde läuft, verbraucht 1 kWh. Das ist die rote Fläche. Genauso viel braucht ein Gerät mit 1 kW in einer ganzen Stunde.

In der Physik rechnet man in Wattsekunden (Ws), das ist dasselbe wie ein Joule (J). Für den Haushalt ist das viel zu klein. Deshalb rechnet man dort in Kilowattstunden (kWh).

1 kWh=1.000 W · 3.600 s= 3.600.000 Ws

Eine Kilowattstunde reicht zum Beispiel, um rund zehn Liter Wasser von Leitungstemperatur fast bis zum Kochen zu bringen, oder um eine LED-Lampe mit 10 W hundert Stunden lang leuchten zu lassen.

03

Stromkosten berechnen

Die Kosten ergeben sich aus der Energie und dem Arbeitspreis deines Stromtarifs, angegeben in Euro oder Cent pro kWh. Dazu kommt meist noch ein fester Grundpreis pro Monat.

Energiekosten
K=W · k
K in € · W in kWh · k = Arbeitspreis in € pro kWh
Rechenweg merken

Leistung in kW umrechnen, Zeit in Stunden umrechnen, malnehmen ergibt kWh. Dann mit dem Arbeitspreis malnehmen. In den Beispielen unten rechnen wir mit einem Beispielpreis von 0,35 € pro kWh. Dein echter Preis steht auf deiner Stromrechnung.

Energieumwandlung in Geräten Ein Wasserkocher wandelt fast die gesamte elektrische Energie in Wärme um. Eine Glühlampe gibt nur rund 5 Prozent als Licht ab, den Rest als Wärme. Ein Elektromotor wandelt den größten Teil in Bewegung um. WasserkocherGlühlampeElektromotor fast alles Wärme, hier der Nutzen rund 95 % Wärme rund 85 % Bewegung 5 % Licht Verluste als Wärme
Energie wird umgewandelt, nicht verbraucht (gerundete Beispielwerte): Blau ist der gewünschte Nutzen, rot die Wärme. Beim Wasserkocher ist die Wärme der Zweck, bei der Glühlampe fast reiner Verlust. Wie gut ein Gerät umwandelt, beschreibt der Wirkungsgrad.
04

Der Stromzähler

Der Stromzähler addiert die umgesetzte Energie laufend auf. Der Zählerstand in kWh steigt also immer weiter an. Was du in einem Zeitraum verbraucht hast, ist der Unterschied zweier Zählerstände.

Elektromechanischer Drehstromzähler von Siemens mit dem Zählerstand 099548,7 kWh und der Angabe 75 U/kWh
Ferraris-Drehstromzähler: Das Zählwerk zeigt 99.548,7 kWh. Die Angabe „75 U/kWh“ ist die Zählerkonstante: Für jede Kilowattstunde dreht sich die Zählerscheibe 75-mal. Heute werden diese Zähler nach und nach durch elektronische Zähler ersetzt.

Foto: Bicycle Tourer, „Drehstromzähler Siemens“, Lizenz: CC BY-SA 4.0, Quelle: Wikimedia Commons, verkleinert.

Bei alten Ferraris-Zählern dreht sich eine Aluminiumscheibe umso schneller, je größer die Leistung ist. Über die Zählerkonstante kannst du daraus die aktuelle Leistung bestimmen, siehe Rechenbeispiel 3. Elektronische Zähler zeigen die Leistung direkt im Display an oder geben Lichtimpulse ab, zum Beispiel 10.000 Impulse pro kWh.

05

Rechenbeispiele

01 Tee kochen

Ein Wasserkocher mit 2.000 W läuft 3 Minuten. Wie viel Energie braucht er, und was kostet das bei 0,35 € pro kWh?

P = 2 kWt = 3 min = 0,05 hk = 0,35 €/kWh
  1. Zeit in Stunden: 3 min60 min/h = 0,05 h
  2. W = 2 kW · 0,05 h = 0,1 kWh
  3. K = 0,1 kWh · 0,35 €/kWh = 0,035 €
  4. Ergebnis: 0,1 kWh, rund 3,5 Cent
02 Standby über ein Jahr

Ein Gerät zieht im Standby dauerhaft 5 W. Was kostet das in einem Jahr bei 0,35 € pro kWh?

P = 5 W = 0,005 kWt = 365 · 24 h = 8.760 h
  1. W = 0,005 kW · 8.760 h = 43,8 kWh
  2. K = 43,8 kWh · 0,35 €/kWh ≈ 15,33 €
  3. Ergebnis: rund 15 € im Jahr

Praxis: Mit zehn solcher Geräte im Haus kommen schnell 150 € im Jahr zusammen, ganz ohne dass etwas benutzt wird. Eine ähnliche Aufgabe gibt es mit Lösungsweg bei den Prüfungsaufgaben.

03 Leistung mit dem Zähler messen

Am Zähler aus dem Foto (75 U/kWh) zählst du in 6 Minuten 15 Umdrehungen der Scheibe. Welche Leistung ist gerade eingeschaltet?

c = 75 U/kWhn = 15 Ut = 6 min = 0,1 h
  1. Energie aus den Umdrehungen: W = 15 U75 U/kWh = 0,2 kWh
  2. P = Wt = 0,2 kWh0,1 h = 2 kW
  3. Ergebnis: P = 2 kW
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Typische Fehler

  • Minuten nicht in Stunden umgerechnet: 2 kW · 3 min sind nicht 6 kWh. Erst 3 min = 0,05 h, dann ergeben sich 0,1 kWh.
  • Watt und Kilowattstunde verwechselt: Watt ist die Leistung, also wie schnell. Kilowattstunde ist die Energie, also wie viel.
  • Standby unterschätzt: Kleine Leistung mal sehr lange Zeit ergibt auch viel Energie. Ein Jahr hat 8.760 Stunden.
  • „Kilowatt pro Stunde“: Die Einheit heißt Kilowattstunde, also Kilowatt mal Stunde, nicht geteilt.
Merke

Arbeit ist Leistung mal Zeit: W = P · t. Abgerechnet wird in Kilowattstunden, 1 kWh = 3,6 Millionen Ws. Kosten sind Energie mal Arbeitspreis. Energie wird nicht verbraucht, sondern umgewandelt.

07

Quiz: Teste dich

Zehn Fragen zum Thema Arbeit und Energie. Nach jeder Antwort bekommst du eine Erklärung. Dein Fortschritt wird auf diesem Gerät gespeichert.

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