Elektrische Arbeit - Definition und Erklärung

Elektrische Arbeit - Definition leicht gemacht

Elektrischer Strom hat Energie und verrichtet Arbeit: Er bringt Maschinen zum Laufen, kann Wärme erzeugen (manchmal unerwünscht) und Flüssigkeiten - wie Wasser oder Säuren - durch Elektrolyse zerlegen. Aber wie ist die elektrische Arbeit eigentlich definiert und wie kann man sie berechnen?

• Ein paar einfache Überlegungen helfen hier weiter: Die elektrische Arbeit wird umso größer sein, je höher der Strom ist, der fließt.
• Genauso werden Sie ein besseres Arbeitsergebnis erreichen, wenn Sie (bei konstantem Strom) die Spannung Ihrer Stromquelle, egal ob Steckdose oder Batterie, erhöhen.
• Und zudem kann eine Stromquelle natürlich mehr Arbeit verrichten, je länger sie dies tut. Also auch die Zeit spielt bei der Definition der elektrischen Arbeit eine Rolle.
• Demgemäß ergibt sich für die elektrische Arbeit W = U x I x t, wobei W als Abkürzung für die elektrische Arbeit steht, U für die Spannung in Volt V, I für den Strom (in Ampere A) und t für die Zeit (in Sekunden s).
• Die Einheit der elektrischen Arbeit ist dieser Formel entsprechend Volt x Ampere x Sekunden, abgekürzt VAs.
• Allerdings gibt es weitere Einheiten, vor allem das Joule (Abkürzung J), das aus der mechanischen Definition der Arbeit herrührt. Allerdings ist das Internationale Einheitensystem so definiert, dass 1 VAs = 1 J ist. Die beiden Einheiten stimmen also überein.
• Und wenn Sie noch berücksichtigen, dass 1 Volt-Ampere = 1 Watt, abgekürzt 1 VA = 1 W, der Einheit der elektrischen Leistung ist, dann ergibt sich für die elektrische Arbeit als (weitere mögliche) Einheit die Wattsekunde (Ws).
• Es hängt vom Beispiel bzw. der Aufgabe ab, mit welchen Einheiten Sie günstigerweise rechnen. Wie gesagt: Das Umrechnen ist leicht.

Elektrische Arbeit - ein durchgerechnetes Beispiel

• Eine elektrische Herdplatte verbrauche eine elektrische Leistung von 1,6 kW. Wie viel elektrische Arbeit hat sie in 20 Minuten (fast ausschließlich) in Wärme umgesetzt, wenn Sie dort Wasser erhitzen und dann Nudeln kochen? 
• Zunächst rechnen Sie die im Beispiel gegebenen Einheiten um. Es gilt 1,6 kW = 1600 W für die Leistung der Herdplatte. Für die Zeit gilt t = 20 min = 20 x 60 s = 1200 s.
• Die elektrische Arbeit beträgt dann W = 1600 x 1200 Ws = 1.920.000 Ws bzw. J. Die Zahl erscheint groß, jedoch handelt es sich bei der Einheit "Joule" eher um eine kleine Einheit. Mit großen Zahlen ist also zu rechnen.