Energie und Leistung

Was ist eigentlich Energie oder Leistung? Wie kann man die Stromrechnung ausrechnen? Und auf was muss man sich achten?

Energie, Elektrizität

Energie braucht es, um Arbeit zu verrichten. Bei jeder Arbeit die z.B. eine Maschine verrichtet, wird Energie gebraucht. Die Elektrizität ist genau so wichtig wie die Energie. Sie ist eine Form der Energie.

Elektrische Energie

Die elektrische Energie lässt sich sehr gut in andere Energieformen umwandeln(strahlende-, mechanische- oder chemische Energie. Leider kann man sie nicht gut Speichern lassen.

Thermische Energie

Jeder Körper besitzt thermische Energie. Diese Energie wird durch die Atome/ Moleküle produziert, da sie eine ungeordnete Bewegung haben und sich gegenseitig reiben. Je höher die Temperatur des Körpers ist, desto grösser ist die thermische Energie. Thermische Energie lässt sich gut in alle Energieformen umwandeln, aber nur mangelhaft Speichern.

Mechanische Energie

Mechanische Energie unterscheidet man nach:

– Kinetische Energie -> Energie die in Bewegung steckt, z.B. fliessendes Wasser.

– Potentielle Energie ->Energie die in Ruhelage liegt, z.B. Wasser im Stausee

Umwandlung kann nur in thermische- oder elektrische Energie stattfinden. Gut speicherbar.

Chemische Energie

Chemische Energie hängt mit der Struktur der Materie zusammen, mit den Bindungen zwischen Atom und Molekülen. Lässt sich in strahlende-, elektrische- oder thermische Energie umwandeln. Lässt sich sehr gut Speichern.

Strahlungsenergie

Strahlungsenergie kann durch Licht oder Strahlungswärme erzeugen werden. Eine sehr wichtige und grosse Quelle ist die Sonne. Lässt sich gut in elektrische- und thermische Energie umwandeln, aber ist nicht speicherbar.

Energie lässt sich nicht erzeugen, sondern nur in eine andere Form umwandeln!

Energieträger

Es gibt drei Energieträgerarten, die für die Erzeugung von elektrischer Energie unterscheidet werden.

-Kernenergie

-nicht erneuerbare Energieträger (z.B. Erdöl, Erdgas, Kohle)

-erneuerbare Energieträger (z.B. Sonnenenergie, Windenergie, Biomasse)

Vorteile und Nachteile von elektrischer Energie

Vorteile:

Gut transportierbar

keine unerwünschte Abfälle

Leicht in andere Energieformen

Nachteile:

Nicht Speicherbar

Unsichtbar -> Gefahren

Erzeugung kann Umwelt belasten

Übertragungseinrichtungen

Höchstspannungsnetz: Diese Netze dienen dem Transport elektrischer Energie über grosse Entfernungen z.B. innerhalb Europa.

Hochspannungsnetz: Kleinere Kraftwerke geben elektrische Energie an dieses Netz ab. Aus dieser Ebene wird die Grossindustrie versorgt.

Mittelspannungsnetz: Dient zur Versorgung von Industrie mit eigenen Transformatoren und für die Einspeisung von Ortsnetzen.

Niederspannungsnetz: Diese Spannungsebene wird für die Einspeisung von Einfamilienhäusern, Büros, Schulen und für landwirtschaftliche Betriebe verwendet.

Arbeit und Energiekosten

Die Energie die man braucht für die elektrische Arbeit die man verrichten will, muss natürlich dem Werk (EW) bezahlt werden.

Es gibt zwei unterschiedliche Kilowattstundenzähler, die es vereinfachen, wie viel Energie man gebraucht hat.

Der Induktionszähler (veraltet aber immer noch im Betrieb)

Der Elektronischer Zähler

Die elektrische Arbeit kann man wie folgt ausrechnen:

W= P•t

W: el. Arbeit [Ws, kWh]

P: Leistung [W,kW]

T: Zeit [s,h]

Die Elektrizitätswerke haben unterschiedliche Energietarife. Am Tag ist der Tarif am höchsten und in der Nacht am niedrigsten. Man spricht auch von Hoch- und Niedertarif. Mit der el. Arbeit und dem Energietarif, kann man die Kosten ausrechnen:

K= W•T

K: Energiekosten [Cent]

W:el. Arbeit [kWh]

T:Energietarif [Cent/kWh]

Leistung

Die Leistung ist ein Wert der besagt, wie viel Energie in einer Sekunde umgewandelt wird.

Daraus erfolgt folgende Formel für die Berechnung:

P= W : t

P: Leistung [W]

W: el. Arbeit [Ws]

t: Zeit [s]

Anstelle von Watt [W] kann man auch andere Einheiten nehmen die z.B. bei mechanischen und thermischen Leistungen auftreten.

[W] = [Nm/s] = [J/s]

Wirkungsgrad

Der Wirkungsgrad bedeutet nichts anderes als wie viel Prozent von der zugeführten Leistung wird in nutzbare Leistung umgewandelt. Die anderen Prozente sind Verluste wie z.B. Wärme durch Reibung.

Wv = Wzu – Wab

Wv: Energieverluste [Ws,kWh]

Wzu: zugeführte Energie [Ws,kWh]

Wab:abgegebene Energie [Ws,kWh]

Ein guter Energiewandler hat einen guten Wirkungsgrad. Der Wirkungsgrad ist aber immer kleiner als 1 bzw. 100%, da immer Verluste entstehen.

Eta = Wab : Wzu

Eta: Wirkungsgrad [“1“, %]

Wab: abgegebene Energie [Ws,kWh]

Wzu: zugeführte Energie [Ws,kWh]

Bei mehreren Maschinen die verbunden sind, kann man denn Gesamtwirkungsgrad der Energieumwandlung so ausrechnen:

Eta Total = Eta1 • Eta2 • Eta3 •…..

Eta Total: Gesamtwirkungsgrad [“1“, %]

Eta1: Wirkungsgrad [“1“, %]

Eta2: Wirkungsgrad [“1“, %] usw.

Der Wirkungsgrad kann auch durch die Leistung berechnet werden.

Eta = Wab : Wzu = (Pab • t) : (Pzu • t) = Pab : Pzu

Nennleistung

Die meisten elektrischen Betriebsmittel besitzen ein Typenschild, das am Gehäuse des Betriebsmittel festgemacht ist. Dort drauf findet man viele Daten über das Betriebsmittel. Auch die Nennleistung ist somit bekannt.

Bei Motoren, Generatoren und Transformatoren steht die abgegebene Leistung auf dem Typenschild.

Die aufgenommene Leistung wird bei Geräten als Nennleistung genannt, die Wärme produzieren sollen wie z.B. Wassererwärmer, Kochfelder, Lötkolben etc.

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