Die Einheit Joule - einfach erklärt
Joule gibt als Energieeinheit die verrichtete Arbeit an. Dabei ist es egal, ob es sich um elektrische, mechanische oder gar chemische Arbeit handelt.
Ein Zugang zur Einheit Joule kann über die mechanische Arbeit gefunden werden. Die mechanische Arbeit ist Kraft, die entlang eines Weges geleistet wird. Dies ist sowohl beim Beschleunigen eines Autos als auch beim Ziehen eines Schlittens der Fall. Vielen Schülern ist dies als “Arbeit = Kraft * Weg” bekannt.
Die Energie, in Joule gemessen, ergibt sich aus der geleisteten Arbeit als Produkt aus der Einheit der Kraft (dem Newton) und der Einheit des Weges (dem Meter).
In Formeln:
1 Joule = 1 Newton x 1 Meter
in abgekürzter Schreibweise:
J = N x m bzw. J = Nm
Ein Joule entspricht also einem Newtonmeter. Neben der Einheit J gibt es auch noch Kilojoule (kJ) und Megajoule (MJ). Kilojoule wird in der Ernährungswissenschaft verwendet. Es gibt den Energiegehalt (Brennwert) von Nahrungsmittel an. Es gilt: 1kJ sind 1000 J und 1MJ entsprechen 1 Mio. J.
Joule in der Elektrizitätslehre
Die elektrische Leistung einer Stromquelle in Watt berechnet sich durch Leistung P = Strom I x Spannung U. Die elektrische Energie in Wattsekunden (Ws), die von einer Stromquelle abgegeben wird, ist Energie E = Leistung P x Zeit t.
Im internationalen Einheitensystem ist 1 Wattsekunde auch 1 Joule und 1 Newtonmeter. Das heißt 1 Ws = 1 J = 1 Nm. Dies erlaubt das einfache Umrechnen von mechanischer Arbeit in elektrische Arbeit. Komplizierte Umrechnungen sind daher nicht nötig.
Die bekannte Energieeinheit Kilowattstunde (kWh) lässt sich in Joule umrechnen. Wenn Sie bedenken, dass 1 kW = 1000 W und 1 h = 3600 s dann sind: 1 kWh = 3,6 Mio. J.
Daher gilt: 1 Wh = 3600 J = 3,6 kJ.
Wie viel Joule beispielsweise 15,5 kWh sind, lässt sich durch eine einfache Berechnung herausfinden. Wenn Sie die Formel verwenden, dann erhalten Sie 15,5 kWh = 3600 kJ * 15,5 = 55800 kJ = 55,8 MJ.
Für die Umrechnung in Joule gilt z. B. 27,3 kJ = 27,3 * (1 Wh/3,6) = 7,583 Wh = 0,007583 kWh.
Ist 1 Joule viel?
Schon die Umrechnung 1 kWh = 3,6 Mio. J zeigt, dass das Joule keine wirklich große Energie sein kann.
Und eine mechanische Rechnung zum Vergleich belegt dies: Eine Tafel Schokolade (100 g) wird von der Erde mit einer Kraft von etwa 1 N angezogen. Wenn Sie nun diese Tafel Schokolade um 1 Meter anheben, dann haben Sie 1 Joule Energie aufgewendet.
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