Leistung beschreibt, wie schnell elektrische Energie umgesetzt, übertragen oder verbraucht wird. Man kann sich das wie bei einem Wasserstrom vorstellen: Nicht die gesamte Wassermenge ist die Leistung, sondern wie viel Wasser pro Zeit durch das Rohr fließt.

In der Elektrotechnik ist Leistung wichtig, weil sie zeigt, wie stark ein Gerät gerade „arbeitet“. Eine Lampe, ein Heizgerät oder ein Motor kann dadurch verglichen werden: Wer mehr Leistung aufnimmt oder abgibt, setzt pro Zeit mehr Energie um.

• Elektrische Leistung verstehen
• Elektrische Arbeit und Energie
• Wirkungsgrad als Grundidee
• Abschlusstest
• Formelsammlung
• Glossar

Ein Gerät mit hoher Leistung kann trotzdem wenig Energie verbrauchen, wenn es nur sehr kurz läuft.

Ein kleiner Lötkolben und ein großes Heizgerät haben beide mit elektrischer Leistung zu tun. Der Unterschied liegt darin, wie viel Energie sie pro Sekunde umsetzen. Das Heizgerät setzt deutlich mehr Energie pro Zeit in Wärme um.

In der Praxis ist Leistung oft die Größe, die man zuerst auf einem Typenschild sieht. Für die Auslegung von Leitungen, Schutzorganen oder Netzteilen ist diese Angabe wichtig, weil aus ihr Strom oder Belastung abgeschätzt werden können.

Leistung kann an einem Verbraucher nützlich eingesetzt werden, zum Beispiel als Licht, Bewegung oder Wärme. Sie kann aber auch unerwünscht als Erwärmung auftreten. Deshalb spielt Leistung nicht nur beim Nutzen, sondern auch bei Verlusten eine Rolle.

Das Formelzeichen der elektrischen Leistung ist P. Die gebräuchliche Einheit ist Watt, abgekürzt W. In manchen Zusammenhängen findet man auch kW oder mW.

Bei Gleichstrom und bei rein ohmscher Betrachtung gilt die Grundformel P = U × I. Das bedeutet: Spannung mal Strom ergibt Leistung.

Wichtig für Aufgaben: Diese Formeln werden hier für Gleichstrom oder rein ohmsche Verbraucher verwendet. Bei anderen Fällen darf man Formeln nicht gedankenlos übernehmen. In Prüfungen ist genau diese Einschränkung oft Teil der Fragestellung.

Werden Spannung und Strom größer, steigt die Leistung. Dabei ist wichtig: Leistung ist eine Augenblicksgröße. Sie beschreibt einen Zustand in einem bestimmten Moment oder im aktuellen Betriebspunkt.

Aus dem ohmschen Gesetz ergeben sich auch die Formen P = U² / R und P = I² × R. Diese Formen sind besonders nützlich, wenn Strom oder Spannung nicht direkt bekannt sind, aber der Widerstand schon.

Die Einheit Watt darf nicht mit dem Formelzeichen W für elektrische Arbeit verwechselt werden. Das ist eine typische Anfängerfalle: P ist die Größe Leistung, W ist die Größe Arbeit beziehungsweise Energie.

Elektrische Arbeit oder elektrische Energie beschreibt nicht, wie stark ein Gerät gerade arbeitet, sondern wie viel es über eine bestimmte Zeit insgesamt umgesetzt hat. Genau deshalb braucht man für Energie immer auch einen Zeitbezug.

Im Alltag bezahlt man nicht die Leistung selbst, sondern die über die Zeit aufgenommene elektrische Arbeit. Deshalb tauchen auf Zählern und Abrechnungen nicht Watt, sondern meist Wh oder kWh auf.

Zwei Geräte können dieselbe Leistung haben, aber sehr unterschiedliche Energie verbrauchen, wenn sie unterschiedlich lange laufen. Ein Gerät mit 100 W für 10 Stunden braucht mehr Energie als eines mit 200 W für nur 1 Stunde.

Leistung ist wie die Geschwindigkeit eines Fahrzeugs, Energie ist eher die zurückgelegte Strecke.

Diese Unterscheidung ist wichtig, weil in Aufgaben oft bewusst mit ähnlichen Zahlen gearbeitet wird. Wer Leistung und Energie verwechselt, setzt zwar Zahlen richtig ein, beantwortet aber die falsche physikalische Frage.

Für die Strecke reicht die Geschwindigkeit allein nicht, man braucht zusätzlich die Fahrzeit.

In der Werkstatt ist das wichtig, wenn man Akkus, Netzteile oder Verbraucher beurteilt. Wer nur auf Watt schaut, übersieht leicht, dass die Betriebsdauer den tatsächlichen Energiebedarf stark verändert.

Gerade bei kleinen Geräten wird oft Wh verwendet, bei größeren Energiemengen eher kWh. Beide meinen dieselbe physikalische Idee, nur mit unterschiedlicher Größenordnung.

Das Formelzeichen der elektrischen Arbeit ist W. Inhaltlich entspricht sie der umgesetzten elektrischen Energie.

Eine zentrale Formel lautet W = P × t. Energie ergibt sich also aus Leistung mal Zeit.

Ebenso gilt W = U × I × t. Das ist nützlich, wenn Spannung und Strom bekannt sind und die Leistung erst daraus entsteht.

Wattsekunde (Ws) und Wattstunde (Wh) sind beides Energieeinheiten. Der Unterschied liegt nur in der verwendeten Zeiteinheit.

1 Wh bedeutet: Eine Leistung von 1 W wirkt 1 Stunde lang. 1 kWh sind 1000 Wh.

Ebenso gilt: 1 Wh = 3600 Ws. Damit wird sichtbar, dass Wattstunde und Wattsekunde dieselbe Größe beschreiben, aber mit unterschiedlicher Zeiteinheit. In Aufgaben muss die Zeit deshalb immer zur gewählten Energieeinheit passen.

Die Unterscheidung zwischen W und Wh ist in Prüfungen sehr wichtig. W ist Leistung, Wh ist Energie. Wer diese Einheiten vertauscht, rechnet meistens mit falscher Bedeutung.

Zusätzlich ist wichtig: Das Zeichen W taucht in zwei verschiedenen Rollen auf. Als Einheit bedeutet W Watt und steht für Leistung. Als Formelzeichen kann W für elektrische Arbeit beziehungsweise Energie verwendet werden. Deshalb muss in Aufgaben immer auf den Zusammenhang und die Einheit geachtet werden. Spätestens an der Einheit erkennt man den Unterschied: Leistung in W, Energie zum Beispiel in Wh oder kWh.

Stromzähler erfassen daher nicht einfach nur Strom oder Spannung, sondern die über die Zeit umgesetzte elektrische Arbeit.

Kein reales Gerät wandelt zugeführte Energie vollständig in die gewünschte Form um. Ein Teil geht fast immer als Wärme, Reibung, Schall oder andere unerwünschte Wirkung verloren.

Der Wirkungsgrad zeigt, wie gut eine Umwandlung gelingt. Er beantwortet die Frage: Wie viel vom Eingesetzten kommt als gewünschter Nutzen tatsächlich heraus?

Bei einem Motor möchte man vor allem mechanische Leistung an der Welle. Ein Teil der aufgenommenen elektrischen Leistung wird aber in Wärme umgesetzt. Deshalb ist die abgegebene Nutzleistung kleiner als die aufgenommene Leistung.

Bei einem Netzteil möchte man am Ausgang eine brauchbare elektrische Leistung erhalten. Auch dort entstehen Verluste, etwa durch Erwärmung. Das Netzteil nimmt also mehr Leistung auf, als es nutzbar abgibt.

Der Wirkungsgrad ist deshalb eine Qualitätsaussage über die Umwandlung. Je näher er an 1 beziehungsweise 100 % liegt, desto kleiner sind die Verluste.

In der Praxis hilft der Wirkungsgrad bei der Auswahl von Geräten, bei der Beurteilung von Erwärmung und bei der Abschätzung des tatsächlichen Energiebedarfs.

Für die Praxis ist wichtig: Der Wirkungsgrad lässt sich nur sinnvoll beurteilen, wenn Eingang und Ausgang derselben Betriebsbedingung gegenübergestellt werden. Ein typischer Fehler ist es, die aufgenommene Leistung eines Geräts mit einer geschätzten oder falsch abgelesenen Ausgangsleistung zu vergleichen. Dann wirkt der Wirkungsgrad scheinbar besser oder schlechter, als er tatsächlich ist.

Das Formelzeichen des Wirkungsgrads ist η (eta).

Grundidee: Wirkungsgrad = Nutzgröße / Zugeführte Größe. Bei Leistungen also eta = Pnutz / Pzu.

Der Wirkungsgrad ist kleiner oder höchstens gleich 1. In Prozent wird mit 100 multipliziert.

Beispielhaft gilt: Nimmt ein Gerät 100 W auf und gibt davon 80 W nutzbar ab, dann beträgt der Wirkungsgrad 0,8 beziehungsweise 80 %.

Die Differenz zwischen zugeführter und nutzbarer Leistung ist die Verlustleistung. Es gilt also: Pverlust = Pzu – Pnutz.

Derselbe Gedanke kann auch auf Energie über eine Zeit angewendet werden. Wenn Ein- und Ausgang über denselben Zeitraum betrachtet werden, kann man Wirkungsgrad auch mit Energien vergleichen.