Elektrische Energie

Die elektrische Energie beschreibt die potentielle Energie von elektrischen Ladungen. Sie ist die bevorzugte Energieart der Menschen.


Grundlagen

Zusammenhang mit potentieller Energie

Die elektrische Energie meint die potentielle Energie von geladenen Teilchen, also:

Elektrische Energie = Potentielle Energie von Ladungen

Bei Ladungen zählt aber nicht der Abstand zum Boden, sondern der Abstand zum entgegengesetzen Pol.

Nutzen im Alltag

Die elektrische Energie ist extrem nützlich:

  • Einfacher und nahezu verlustfreier Transport

  • Einfache Umwandlung in alle Energiearten

    • Viele Anwendungsbereiche:

      \rightarrow\rightarrow Smartphone & Fernseher

      \rightarrow\rightarrow Mixer & Waschmaschine

      \rightarrow\rightarrow Licht & Heizung

Berechnung

Elektrische Energie

E_{el}= U\cdot I \cdot tEel=UItE_{el}= U\cdot I \cdot t

Einheit:

[E_{el}]=\text{Joule (J)}[Eel]=Joule (J)[E_{el}]=\text{Joule (J)}
  • U =U=U = Spannung
  • I=I=I= Strom
  • t =t=t = Zeit.

Die elektrische Energie wird auch gerne in Wattstunden \text{W} \cdot \text{h}Wh\text{W} \cdot \text{h} angegeben. Dabei sind Wattsekunden und Joule dasselbe:

\text{J} = {\text{W}}{\text{s}}J=Ws\text{J} = {\text{W}}{\text{s}}

Wertigkeit

Die elektrische Energie kann aus vielen Energiearten gewonnen werden. Sie lässt sich in nahezu jede andere Art umwandeln.

  • Sehr hochwertig

  • Guter Vermittler, um von einer Energieart zu einer anderen zu kommen

Thermische Energie wird in elektrische umgewandelt. Die elektrische Energie wiederrum wird in potentielle Energie umgewandelt.

Der neue Fernseher

Lea hat einen neuen, energiegünstigen Fernseher gekauft. Damit will sie ihren alten, kleineren Fernseher ersetzen. Der hat ganze \bf120 \text{ J}120 J\bf120 \text{ J} umgewandelt.

Sie schaut sich die Informationen auf dem neuen Gerät genau an:

Das Datenblatt eines Fernsehers gibt eine Spannung von 230 Volt und einen Strom von 0,4 Ampere an.

Berechne, bei welchem Fernseher mehr Energie umgewandelt wird.

Lösung

\underline \textsf{Gegeben}\underline \textsf{Gegeben}

\begin{aligned} U_{neu}&=230 \text{ V} \\ I_{neu}&=0,4 \text{ A} \\ E_{el, \text{alt}}&=120 \text{ J} \end{aligned} Uneu=230 VIneu=0,4 AEel,alt=120 J\begin{aligned} U_{neu}&=230 \text{ V} \\ I_{neu}&=0,4 \text{ A} \\ E_{el, \text{alt}}&=120 \text{ J} \end{aligned}

\underline \textsf{Gesucht}\underline \textsf{Gesucht}

E_{el, \text{neu}}= \: ?Eel,neu=?E_{el, \text{neu}}= \: ?

\underline \textsf{Formel}\underline \textsf{Formel}

E_{el}=U \cdot I \cdot tEel=UItE_{el}=U \cdot I \cdot t

\underline{\textbf{Lösungsweg}}Lo¨sungsweg\underline{\textbf{Lösungsweg}}

Du weißt, wie viel Energie der andere Fernseher in Joule umwandelt. Das bedeutet, dass du dieEnergieumwandlung pro Sekunde berechnen musst:

\begin{aligned} E_{el, \text{neu}}&= 230 \text{ V} \cdot 0,4 \text{ A} \cdot 1 \text{ s} \\ \\ &= 90 \: \col[1]{\text{V}} \cdot \text{ A} \cdot \text{ s} \\ \\ &= 90 \: \col[1]{\frac{\text{kg}\cdot \text{m}^2}{\cancel\text{A}\cdot \text{s}^{\cancel 3}}} \cdot \cancel\text{ A} \cdot \cancel \text{ s} \\ \\ &= 90 \: \frac{\text{kg}\cdot \text{m}^2}{\text{s}^2} \\ \\ &= \lsg{90 \: \text{J}} \end{aligned}\begin{aligned} E_{el, \text{neu}}&= 230 \text{ V} \cdot 0,4 \text{ A} \cdot 1 \text{ s} \\ \\ &= 90 \: \col[1]{\text{V}} \cdot \text{ A} \cdot \text{ s} \\ \\ &= 90 \: \col[1]{\frac{\text{kg}\cdot \text{m}^2}{\cancel\text{A}\cdot \text{s}^{\cancel 3}}} \cdot \cancel\text{ A} \cdot \cancel \text{ s} \\ \\ &= 90 \: \frac{\text{kg}\cdot \text{m}^2}{\text{s}^2} \\ \\ &= \lsg{90 \: \text{J}} \end{aligned}

Du siehst sofort, dass der neue Fernseher deutlich weniger Energie umwandelt:

\begin{aligned} \Delta E&=E_{el, \text{alt}}- E_{el, \text{neu}} \\ &=120 \text{ J} -90 \text{ J} \\&= \lsg{30 \text{ J}} \end{aligned}ΔE=Eel,altEel,neu=120 J90 J=30 J\begin{aligned} \Delta E&=E_{el, \text{alt}}- E_{el, \text{neu}} \\ &=120 \text{ J} -90 \text{ J} \\&= \lsg{30 \text{ J}} \end{aligned}
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