Physik · P4 · Energie und Leistung

Typische Leistungen im Alltag

Die Leistung sagt, wie schnell Energie umgesetzt wird: P = ΔEΔt, gemessen in Watt (1 W = 1 Js). Ein Mensch leistet auf Dauer rund 100 W, ein Wasserkocher braucht etwa das Zwanzigfache.

So gehst du vor

1Tippe in der Leistungsleiter zwei Einträge an und vergleiche sie.
2Wähle am Messplatz den Handgenerator oder das Fahrradergometer und stelle das Tempo ein.
3Tippe „Start“. Der Energiezähler läuft. Tippe alle paar Sekunden „t und E in die Tabelle“.
4Bestimme aus mindestens fünf Werten selbst die Leistung. Erst dann „Ausgleichsgerade und Auswertung zeigen“.
5Rechne unten die Beispiele Typenschild, Solarzelle, PKW und Treppe durch.

Leistungsleiter: Wer schafft wie viel Energie je Sekunde?

MenschGerätFahrzeugAnlage

Gerundete Richtwerte. Die Balken sind gestaucht: Jedes Zwölftel der vollen Länge bedeutet das Zehnfache. Sonst wäre der Taschenrechner neben dem Kraftwerk unsichtbar.

Tippe zwei Einträge an, um sie zu vergleichen

Wasserkocher ist etwa 13,3-mal so stark wie Mensch beim Radfahren, dauerhaft.

Für 1 kWh (3,6 Millionen Joule) braucht Mensch beim Radfahren, dauerhaft: 6,7 h, Wasserkocher: 30 min.

Mensch beim Radfahren, dauerhaft: Trainierte Radprofis halten über eine Stunde etwa 400 W. Wasserkocher: Wärme braucht viel Leistung, Licht und Rechnen wenig.

Zeit t

0,0 s

Energiezähler E

0 J

Spannung U

0,0 V

Stromstärke I

0,00 A

Messplatz

Kurbeltempo

2,0 Umdrehungen je Sekunde

Energie über der Zeit

Je steiler die Gerade, desto größer die Leistung. Die Punkte streuen, weil niemand ganz gleichmäßig kurbelt oder tritt.

Nr.	Zeit t in s	Energie E in J

Leistung aus Energie und Zeit: vier Beispiele

Beispiel

Gerät

Laufzeit Δt

5 min

Haartrockner

230 V ~ 50 Hz

1800 W

Stromstärke I = PU = 7,83 A

Energie ΔE = P · Δt = 540 kJ = 0,150 kWh

Das Typenschild nennt die größte Leistung des Geräts. Im Betrieb kann sie auch kleiner sein.

Aufträge

Wie viele Menschen auf Ergometern bräuchte man, um einen Wasserkocher mit 2000 W zu betreiben? Rechne mit 150 W je Mensch.
Kurble den Handgenerator mit 1, 2 und 3 Umdrehungen je Sekunde und bestimme jeweils P aus dem Diagramm und aus P = U · I. Wie ändert sich die Leistung, wenn du doppelt so schnell kurbelst?
Bestimme die mittlere Leistung von Fahrer X aus dem Diagramm. Löse erst danach auf.
Rechne für dein Lieblingsgerät mit dem Typenschild aus: Wie lange müsstest du am Ergometer treten, um die Energie für 10 Minuten Betrieb zu liefern?
Ein Solarmodul liefert in der Sonne 400 W. Warum reicht das nicht, um einen PKW so zu beschleunigen wie im Beispiel?

Kapitel „Mechanik I“. Weiter geht es mit den Seiten „Energieumwandlung und Wirkungsgrad“ und „Leistung, Stromkosten und Sicherung“.