Elektrische Energie und Strom

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Was ist elektrische Energie?

Unter elektrischer Energie versteht die Physik Energie, die mit Hilfe von Elektrizität übertragen wird. Elektrische Energie, die übertragen wird, kann mit dem Begriff „Strommenge“ bezeichnet werden. Die Menge an übertragener elektrischer Energie wird üblicherweise in Kilowattstunden (kWh) angegeben. Es gibt aber auch elektrische Energie, die „ruhend“ in einem Körper gespeichert ist. Aus dem Alltag ist diese etwa bekannt als elektrostatische Aufladung eines Pullovers oder der Haare.

Elektrische Energie im Zusammenhang mit Spannung und Ladung

Der Verbrauch von elektrischer Energie – die verbrauchte Strommenge – ist von drei Faktoren abhängig:

• Zeit
• Elektrische Spannung
• Stromstärke

Der Faktor Zeit ist selbsterklärend: Je länger eine Glühbirne leuchtet, umso mehr elektrische Energie verbraucht sie. Unter der elektrischen Spannung – sie wird in Volt gemessen – versteht man die Energie, die aufgewendet werden muss, um eine elektrische Ladung zu bewegen.

Elektrische Ladungen kommen in der Natur überall vor, jedes Atom hat eine Ladung. Sollen Ladungen übertragen werden, muss dafür Energie aufgewendet werden. Werden elektrische Ladungen zwischen zwei Punkten bewegt, so fließt Strom. Die Stromstärke dagegen bezeichnet, wie viel elektrische Ladung durch einen bestimmten Bereich in einer bestimmten Zeit fließt. Die Physik und die Elektrotechnik verwenden die Einheit „Ampere“, um die Stromstärke anzugeben. Je mehr Ladungen übertragen werden sollen, umso größer muss die angelegte Spannung sein und umso höher ist die dafür notwendige Energie. Und umgedreht gilt: Je geringer die Spannung ist, desto weniger Ladungen werden bewegt, und desto geringer ist damit auch die Stromstärke. Es gibt Ausnahmen von dieser Regel, doch für die meisten Metalle trifft sie zu: Mehr Spannung bringt mehr Stromstärke.

Kilowattstunden als Einheit für den Verbrauch elektrischer Energie

Aus dem oben Beschriebenen lässt sich erkennen, dass der Verbrauch von elektrischer Energie umso größer ist, je höher die Stromstärke und damit auch die Spannung sind. Für die Berechnung des Verbrauchs von elektrischer Energie ergibt sich folgende Formel:

Stromverbrauch:

Verbrauchte Strommenge = Spannung * Stromstärke * Zeit

Die Formel geht davon aus, dass Spannung und Stromstärke konstant bleiben. Die Einheiten Spannung (Volt) und Stromstärke (Ampere) ergeben multipliziert eine andere Einheit, die im normalen Leben geläufiger ist: das „Watt“. Die Einheit bezeichnet die Leistung, also den Energieumsatz eines Systems. In der Elektrophysik entspricht ein Watt der Leistung, die notwendig ist, um Strom von einem Ampere Stärke bei einem Volt Spannung fließen zu lassen.

Die Messung elektrischer Energie in Kilowattstunden

Vom Watt ist es nur ein kurzer Weg zur Kilowattstunde. Aus dem Alltag bekannter ist die Wattangabe von den Glühbirnen, beispielsweise der 40- oder 60-Watt-Birne. Aus der Berechnung von Watt ergibt sich folgende Formel für den Verbrauch elektrischer Energie:

Stromverbrauch in Kilowattstunden:

Verbrauchte Strommenge = Leistung (in Watt) * Zeit

Lässt ein Verbraucher eine Glühbirne von einem Watt Leistung eine Stunde lang brennen, so verbraucht er eine Wattstunde (Wh) an Strom. Ein Kilowatt entspricht tausend Watt. Lässt der Verbraucher also 1.000 Ein-Watt-Glühbirnen eine Stunde lang brennen, so ergibt sich ein Verbrauch von einer Kilowattstunde. Damit sind wir bei der von Stromrechnungen und Stromtarifvergleichen bekannten Einheit angekommen. Bleiben wir für ein letztes Rechenbeispiel bei der Glühbirne: Wer eine 60-Watt-Birne ein Jahr lang täglich fünf Stunden brennen lässt, verbraucht damit nach unserer Formel:

Praktisches Beispiel:

60 * 365 * 5 = 109.500 Wh, also 109,5 KWh

Bei einem Strompreis von gerundet 30 Cent trägt eine einzige Glühbirne somit 32,85 Euro jährlich zur Stromrechnung bei.