Elektrische Energie Rechner

Hinweis zur Bedienung: Wählen Sie zunächst aus, welche Größe berechnet werden soll (Energie, Leistung oder Zeit). Geben Sie dann die beiden anderen bekannten Werte ein. Alle Maßeinheiten können über die Dropdown-Menüs angepasst werden.

Verfügbare Maßeinheiten:

• Energie: mW (Milliwatt), W (Watt), kW (Kilowatt), MW (Megawatt), GW (Gigawatt)
• Leistung: mW (Milliwatt), W (Watt), kW (Kilowatt), MW (Megawatt), GW (Gigawatt)
• Zeit: μSek (Mikrosekunden), mSek (Millisekunden), Sek (Sekunden), Min (Minuten), Std (Stunden), Tage

Wichtiger Hinweis: Elektrische Energie ist die Arbeit, die elektrischer Strom verrichtet. Sie berechnet sich aus dem Produkt von Leistung und Zeit: E = P × t.

Grundbegriffe einfach erklärt

Elektrische Energie (E): "Wie viel Arbeit wird elektrisch verrichtet?"
1 kWh (Kilowattstunde) entspricht der Energie, die ein 1000W-Gerät in einer Stunde verbraucht.

Elektrische Leistung (P): "Wie viel Energie wird pro Zeiteinheit verbraucht?"
1 Watt bedeutet, dass pro Sekunde 1 Joule Energie umgesetzt wird.

Zeit (t): "Wie lange wird die Leistung abgegeben oder aufgenommen?"
Die Zeitdauer, in der eine bestimmte Leistung wirkt.

Praktische Anwendungsbeispiele

Beispiel 1 - Stromrechnung verstehen:
"Ein 2000W-Heizlüfter läuft 3 Stunden. Wie viel Energie verbraucht er?"
E = 2 kW × 3 h = 6 kWh → Kosten: 6 kWh × 0,30 €/kWh = 1,80 €

Beispiel 2 - Geräteleistung ermitteln:
"Ein Kühlschrank verbraucht täglich 2 kWh. Welche mittlere Leistung hat er?"
P = 2 kWh ÷ 24 h = 0,083 kW = 83 W

Beispiel 3 - Betriebsdauer berechnen:
"Eine 100W-Glühbirne soll 5 kWh verbrauchen. Wie lange kann sie brennen?"
t = 5 kWh ÷ 0,1 kW = 50 Stunden

Energieeinheiten und Umrechnungen

Wichtige Umrechnungen:

• 1 kWh = 1000 Wh = 3.600.000 J (Joule)
• 1 Wh = 3600 J
• 1 J = 1 Ws (Wattsekunde)
• 1 kWh ≈ 860 kcal (Kalorien)

Typische Energieverbrauchswerte:

• LED-Lampe (10W): 0,01 kWh pro Stunde
• Laptop (50W): 0,05 kWh pro Stunde
• Kühlschrank: 1-3 kWh pro Tag
• Waschmaschine: 0,8-1,5 kWh pro Waschgang
• Elektroherd: 2-3 kWh beim Kochen

Formeln zur elektrischen Energie

Die Grundformel

Die elektrische Energie ergibt sich aus dem Produkt von Leistung und Zeit:

\[\displaystyle Energie = Leistung \times Zeit\] \[\displaystyle E = P \times t\]

wobei:

• \(E\) - Elektrische Energie (in Joule (J) oder Kilowattstunden (kWh))
• \(P\) - Elektrische Leistung (in Watt (W) oder Kilowatt (kW))
• \(t\) - Zeit, während der die Leistung abgegeben wird (in Sekunden (s) oder Stunden (h))

Umgestellte Formeln

Elektrische Leistung berechnen: \[\displaystyle P = \frac{E}{t}\]

Zeit berechnen: \[\displaystyle t = \frac{E}{P}\]

Erweiterte Formeln

Mit Spannung und Stromstärke:
Falls die Leistung \(P\) nicht direkt gegeben ist, kann sie berechnet werden:

\[\displaystyle P = U \times I\]

Daraus folgt für die Energie:

\[\displaystyle E = U \times I \times t\]

wobei:

• \(U\) - Spannung (in Volt (V))
• \(I\) - Stromstärke (in Ampere (A))

Rechenbeispiel 1: Glühbirne

Eine 100W-Glühbirne leuchtet 5 Stunden: \[E = P \times t = 0,1 \text{ kW} \times 5 \text{ h} = 0,5 \text{ kWh}\]

Rechenbeispiel 2: Elektroherd

Ein Elektroherd mit 3 kW Leistung wird 2 Stunden betrieben: \[E = 3 \text{ kW} \times 2 \text{ h} = 6 \text{ kWh}\]

Rechenbeispiel 3: Handy-Ladegerät

Ein Handy-Ladegerät mit 5V und 2A lädt 3 Stunden: \[P = U \times I = 5 \text{ V} \times 2 \text{ A} = 10 \text{ W}\] \[E = 10 \text{ W} \times 3 \text{ h} = 30 \text{ Wh} = 0,03 \text{ kWh}\]

Energiekosten berechnen

Stromkosten ermitteln:
Die Kosten für elektrische Energie berechnen sich aus:

\[\text{Kosten} = \text{Energie (kWh)} \times \text{Strompreis (€/kWh)}\]

Beispiel: 10 kWh bei 0,30 €/kWh = 3,00 €

Anwendungsgebiete und Bedeutung

Die Berechnung elektrischer Energie ist wichtig für:

• Stromkostenabrechnung: Verbrauchserfassung in Haushalten
• Energieeffizienz: Vergleich verschiedener Geräte
• Batterietechnik: Speicherkapazität und Reichweite
• Industrieanlagen: Produktionskosten und Effizienz
• Elektromobilität: Reichweite und Ladezeiten
• Erneuerbare Energien: Ertrag von Solar- und Windanlagen

Energiesparen im Alltag

Praktische Tipps zum Energiesparen:

• LED statt Glühbirne: 10W LED = 60W Glühbirne (6x weniger Energie)
• Standby vermeiden: 10W Standby = 87 kWh/Jahr = ~26 €
• Energieeffizienzklassen beachten: A+++ Geräte verbrauchen deutlich weniger
• Richtig heizen: 1°C weniger = 6% Energieeinsparung

Physikalische Hintergründe

Was passiert mit der Energie?
Elektrische Energie wird umgewandelt in:

• Wärme: Heizung, Glühbirne, Verluste
• Licht: LED, Leuchtstoffröhre
• Bewegung: Motor, Ventilator
• Chemische Energie: Batterien, Elektrolyse
• Schall: Lautsprecher, Summer

Die elektrische Energie ist eine der wichtigsten Energieformen in unserem modernen Leben. Das Verständnis ihres Zusammenhangs mit Leistung und Zeit hilft bei der effizienten Nutzung und beim bewussten Umgang mit Strom.



Grundlagen

Leitungswiderstand
kVA aus Ampere und Volt
Dezibel in linearen Faktor umrechnen
Dezibel, Spannung, Leistung umrechnen
Ohmsche Gesetz
Coulombsche Gesetz
Batterie Kapazität
Elektrizitätsmenge
Elektrische Energie
Elektrische Leistung
Elektrische Ladung
Innenwiderstand einer Stromquelle
Kondensator Kapazität
Spannungverlust auf einer Leitung
Tabelle der Temperaturkoeffizienten
Temperaturabhängigkeit vom Widerstand

Schaltungen mit Widerständen

PI-Dämpfungsglied
T-Dämpfungsglied
2 Parallelwiderstände
Mehrere Parallelwiderstände
Serienwiderstände
unbelasteter Spannungsteiler
belasteter Spannungsteiler
Vorwiderstand (Voltmeter)
Parallelwiderstand (Ampermeter)

Schaltungen mit Kondensatoren

Mehrere Kondensatoren Reihenschaltung
Zwei Kondensatoren Reihenschaltung
Blindwiderstand XC eines Kondensators
Zeitkonstante eines R/C-Glieds
Ladespannung zu einem Zeitpunkt
Kondensatorspannung zu einem Zeitpunkt
R oder C zu einer Ladespannung
RC Reihenschaltung
RC Parallelschaltung
RC Hochpass
RC Tiefpass
RC Differenzierer
RC Integrierierer
RC Grenzfrequenz berechnen
R + C bei gegebener Impedanz

Schaltungen mit Spulen

Induktivität einer Spule
Blindwiderstand einer Spule
L/R Reihenschaltung
L/R Parallelschaltung
L/R Hochpass
L/R Tiefpass
L/R Grenzfrequenz
L/R Differenzierglied
Transformator

Kondensatoren und Spulen

Resonanzfrequenz
Serienschwingkreis
Parallelschwingkreis
Parallelschaltung
Serienschaltung

Gleichrichter- und Dioden

Einweg Gleichrichtung
Einweg Gleichrichtung mit Ladekondensator
Zweiweg Gleichrichtung
Zweiweg Gleichrichtung mit Ladekondensator
LED Vorwiderstand
Vorwiderstand zur Zenerdiode mit variabler Last
Vorwiderstand zur Zenerdiode