Elektrische Energie Definition

[Flaviana Bresee]

AlsMaeinheit fr elektrische Energie und Arbeit wird die Wattsekunde (Einheitenzeichen Ws) oder gleichbedeutend das Joule (J) verwendet. Zur Messung des Energieverbrauchs ist in der Energiewirtschaft die grere Maeinheit Kilowattstunde (kWh) blich.

Elektrische Energie ist vielseitig verwendbar, da sie sich mit geringen Verlusten in andere Energieformen umwandeln und gut transportieren lsst. Ihre Erzeugung und die Versorgung von Wirtschaft und Verbrauchern ist in modernen Gesellschaften von groer Bedeutung.

Elektrische Energie kann sowohl im elektrischen Feld als auch im magnetischen Feld gespeichert werden. Dazu zhlen die Speicherung von Energie in einem Kondensator (elektrostatisches Feld) oder in einer Spule (magnetisches Feld).

Magnetische Energie uert sich in einem magnetischen Feld und bt eine Kraft auf bewegte Ladungen aus, die so genannte Lorentzkraft. Man spricht hierbei auch vom Elektromagnetismus. Elektromagnetische Krfte knnen sehr stark sein; sie werden in Elektromotoren und Generatoren genutzt. Magnetische Energie kann in der Praxis kurzfristig in einer Spule gespeichert werden; mit supraleitenden magnetischen Energiespeichern sind lngere Speicherzeiten bei hoher Energie mglich.

Aufgrund der rechnerischen Gleichheit von Energie und Arbeit werden die Formelzeichen je nach Ntzlichkeit gebraucht. In diesem Abschnitt wird E \displaystyle E verwendet, obwohl in der Literatur die Gleichungen ber die Feldenergie auch hufig mit W \displaystyle W notiert sind, wie es dann im folgenden Abschnitt benutzt wird, um einer Verwechslung mit dem elektrischen Feld vorzubeugen.

Kondensatoren speichern signifikant kleinere Mengen von Energie als Batterien. Bei greren zu speichernden Energiemengen, fr die sich der Einsatz einer Batterie oder eines Akkumulators nicht anbietet, verwendet man Doppelschicht-Kondensatoren.

Die elektrische Arbeit bei der Verschiebung einer Ladung Q \displaystyle Q zwischen zwei Punkten, zwischen denen die Spannung U \displaystyle U besteht, betrgt nach der Definition der elektrischen Spannung

Bei Bewegung von Ladung entgegen den elektrischen Feldkrften nimmt die elektrische Energie auf Kosten anderer Energieformen zu (positive elektrische Arbeit), whrend bei Bewegung von Ladung in Richtung der elektrischen Feldkrfte die elektrischen Energie zugunsten anderer Energieformen abnimmt (negative elektrische Arbeit). In Berechnungen ergeben sich diese Vorzeichen nur unter Einhaltung der physikalischen Vorzeichenkonventionen, elektrische Spannungen mssen dabei positiv gewertet werden, wenn in die betrachtete Richtung das elektrische Potential zunimmt.

Sind ber eine Zeitspanne Δ t \displaystyle \Delta t Spannung und Stromstrke konstant (also Gleichgren), kann die Ladung durch das Produkt von Stromstrke und Zeitspanne ersetzt werden. Die Arbeit Δ W \displaystyle \Delta W in dieser Zeitspanne betrgt:

Fr den Bedarf an elektrischer Energie eines elektrischen Verbrauchers, der mit Netzspannung betrieben wird, ist dieser meist mit seiner Nennleistung gekennzeichnet, oft auf einem Typenschild. Die Zeitspanne legt der Benutzer durch die Dauer fest, in der der Verbraucher eingeschaltet ist. (Bei Gerten mit Bereitschaftsbetrieb, in denen nur Teile ausgeschaltet werden knnen und andere Teile ganztgig durchlaufen, wird die Standby-Leistung eher verschwiegen.) Bei einem anders mit Wechselgren betriebenen Verbraucher mssen sein Spannungsabfall und seine Wirkstromaufnahme bekannt sein.

Aus dieser Formel lsst sich leicht das elektrische Potential im radialsymmetrischen elektrischen Feld um die Ladung Q \displaystyle Q ableiten, dafr wird q \displaystyle q als Probeladung betrachtet und als Bezugspunkt der unendliche Abstand gewhlt:

Die elektrische Energie ist eine Energieform, die durch elektrischen Strom transportiert wird. Sie kann dazu verwendet werden, Objekte in Bewegung zu setzen, Wrme zu erzeugen oder Licht auszusenden. Zwei Anwendungsmglichkeiten sind zum Beispiel das Drehen eines Ventilators oder das Licht einer Glhbirne.

Elektrische Energie ist die Energie, die in elektrischen Feldern und Magnetfeldern vorliegt. Sie ist in der Lage, elektrische Ladungen zu bewegen. Dadurch funktionieren Gerte und Elektronik wie Lampen oder Computer. Sie ist eine wichtige Energiequelle fr viele Aspekte des modernen Lebens.

Die elektrische Energie besitzt als Formelzeichen E, wobei die elektrische Energie Einheit Wattsekunde (Ws) ist. Dabei stellt Joule (J) die eigentliche Standard-Einheit fr jede Energieform dar. Mit dieser Vereinheitlichung ist auch zwischen verschiedenen Lndern klar, dass du bei Joule von der Energie sprichst.

Beim besonderen Fall eines Kondensators mit einer Kapazitt C kann die Energie im elektrischen Feld zwischen den Platten gespeichert werden. Die elektrische Energie Formel fr die gespeicherte Energie sieht dann wie folgt aus:

Ein Kondensator besteht aus zwei Metallplatten, die sich gegenberstehen. Zwischen diesen kann eine Spannung aufgebaut werden, sodass sich der Kondensator aufldt. Ein Beispiel fr einen Kondensator ist ein Defibrillator.

Zum Beispiel wird die elektrische Energie genutzt, um die Lampen in unseren Husern und Straen zum Leuchten zu bringen. Auch Kchengerte wie Toaster und Mikrowellen bentigen elektrische Energie, um zu funktionieren.

Die elektrische Energie ist in der Lage, elektrische Ladungen zu bewegen. Deswegen macht es Sinn, sie mit der Lageenergie bzw. potenziellen Energie bei Massen zu vergleichen.

Die Lageenergie ist die Energie, die ein Objekt aufgrund seiner Hhe hat. Zum Beispiel hat ein Ball auf einem Regal eine Lageenergie. Die kann zur Bewegungsenergie umgewandelt werden, wenn er fllt.

Wenn ein Plattenkondensator unter Spannung gesetzt wird, liegt in seinem elektrischen Feld auch elektrische Energie vor. Was ein Plattenkondensator genau ist, erfhrst du in diesem Video dazu!

Was ist elektrische Energie einfach erklrt? Bei elektrischer Energie handelt es sich um eine von vielen Energieformen, die auf der gleichen Stufe wie mechanische, chemische, magnetische, thermische und Kernenergie angesiedelt ist.[1] Elektrische Energie wird mit Hilfe von Elektrizitt bertragen, kann aber auch in speziellen elektrischen Feldern gespeichert werden. Im Grunde handelt es sich bei elektrischer Energie also um eine Fhigkeit des elektrischen Stroms. Erst durch sie wird mechanisches Arbeiten, das Erzeugen von Wrme oder das Aussenden von Licht mglich.[1]

Elektrische Energie lsst sich in elektrischen und magnetischen Feldern speichern und kann in andere Energieformen umgewandelt werden. Diese Tatsache macht man sich zum Beispiel bei der Brennstoffzellen-Technologie zunutze. Fr elektrische Energie verwendet man das Formelzeichen E und die Einheit Wattsekunde (Ws). Ein Watt entspricht einem Joule (Js).[3]

Wer hat die elektrische Energie entdeckt? Schon in der Antike entdeckten die Menschen die Existenz geladener Teilchen, beziehungsweise die Phnomene, die diese verursachen. Thales von Milet, der um 624 v. Chr. geboren wurde, stellte fest, dass Bernstein (griechisch ""elektron"") bei Reibung kleine Teilchen anzieht. Auf der Oberflche des Bernsteins sammeln sich kleine geladene Teilchen, die dann wiederum andere Teilchen anziehen.

Danach dauerte es noch recht lange, bis man lernte, diese Teilchen technisch zu nutzen und einen kontinuierlichen Elektronenfluss zu erzeugen. Die erste funktionierende Batterie erfand Alessandro Volta um 1775. hnlich wie bei der heutigen Wasserstoff-Brennstoffzelle und der Direktmethanol-Brennstoffzelle erzeugte diese erste Batterie Strom durch chemische Reaktionen. Aufgrund seiner Erfindung wurde Volta zum Namensgeber der Einheit der elektrischen Spannung, dem Volt.

Erst durch die Nutzung anderer Energiequellen erhlt man elektrische Energie, beziehungsweise elektrischen Strom. Sie wird also nicht aus dem Nichts erzeugt, sondern entsteht durch das Umwandeln einer Energieform in eine andere. So benennt man Kraftwerke nach der Energieform, mit der ein Generator in Bewegung gesetzt wird und mit deren Hilfe elektrischer Strom entsteht. Aus diesem Grund unterscheidet man zwischen Wasser- und Windkraftwerken, Solaranlagen, Biomasse-Kraftwerken, Kohle- oder Gasturbinenkraftwerken, Kernenergieanlagen und einigen anderen Arten.

Grere Mengen an Strom beziehungsweise elektrischer Energie entstehen also in Kraftwerken. Aber auch ein kleiner Dynamo, beispielsweise am Fahrrad, kann auf hnliche Art und Weise elektrische Energie produzieren. Bewegt sich das Fahrrad, dreht sich ein Permanentmagnet in einer Induktionsspule. Es entsteht ein Stromfluss, der die Lampe leuchten lsst.

Welcher Prozess genau ntig wird, um Strom zu erzeugen, unterscheidet sich je nach Energieerzeuger. Nutzt man beispielsweise Wasser als Energieerzeuger, kommt man ganz ohne Verbrennungsprozesse aus. Hierbei werden die Turbinen durch die reine Bewegungsenergie eines flieenden Gewssers angetrieben. Diese Energie treibt auerdem den Generator an, woraufhin sie in elektrischen Strom umgewandelt wird.[5]

Obwohl Elektrizitt fr den Menschen unsichtbar ist, besteht einfach alles um uns herum aus kleinen Teilchen, den Atomen. Atome verfgen ber einen Atomkern, der von kleinen Elektronen umgeben ist. Diese Teilchen bilden die Grundlage fr elektrischen Strom und sind sehr, sehr klein. Sie sind positiv oder negativ geladen und erzeugen durch ihre Ladung elektrische Felder. Bewegen sich die Teilchen in eine Richtung, wird flieender Strom erzeugt.[6]

Wie und wo wird die elektrische Energie genutzt? Dank elektrischer Energie haben wir Licht in unseren Husern, er lsst aber auch die Blitze whrend eines Gewitters entstehen. Der in den Kraftwerken erzeugte Strom wird anschlieend ins Stromleitungssystem eingespeist. Schliet man dann ein Gert ans Stromnetz an und schaltet es ein, ist der Stromkreis geschlossen und der Strom fliet. Neben dem flieenden Strom gibt es elektrische Energie, die in Batterien gespeichert wird. Diese liefern nicht nur Strom fr Uhren, Taschenlampen oder elektronisches Spielzeug, sondern sogar fr Autos.

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