Elektrische Energie und Leistung
Eine Halogenlampe läuft mit 12 V und 3 A. Welche Rechnung bestimmt ihre elektrische Leistung richtig?
Erklärung: Die elektrische Leistung ist Spannung mal Stromstärke: P = U · I = 12 V · 3 A = 36 W. Die Divisionen verwechseln die Formel — U / I ergibt den Widerstand (4 Ω), keine Leistung.
An einem Gerät liegen 230 V an und es fließen 2 A. Wie groß ist die elektrische Leistung in Watt?
Erklärung: P = U · I = 230 V · 2 A = 460 W.
Die elektrische Energie berechnet sich aus E = P · ___.
Erklärung: E = P · t. Die elektrische Energie ist das Produkt aus Leistung und Zeit. Bei P in Watt und t in Sekunden ergibt sich E in Joule.
Eine Lampe mit 60 W Leistung brennt 5 Stunden. Wie viel elektrische Energie verbraucht sie in Kilowattstunden (kWh)?
Erklärung: E = P · t = 60 W · 5 h = 300 Wh = 0,3 kWh. Oder: 0,06 kW · 5 h = 0,3 kWh.
In einem Prospekt steht: „Diese Waschmaschine hat eine Leistung von 1,2 kWh." Die Einheit ist hier richtig gewählt.
Erklärung: Falsch gewählt: kWh ist eine Einheit der Energie (1 kWh = 3.600.000 J), nicht der Leistung. Leistung wird in Watt bzw. Kilowatt angegeben — richtig wäre z. B. „1,2 kW".
Die Elementarladung beträgt e ≈ 1,6 · 10⁻¹⁹ C. Welche Ladungsmenge kann auf einem geriebenen Kunststoffstab tatsächlich vorkommen?
Erklärung: Jede frei vorkommende Ladung ist ein ganzzahliges Vielfaches der Elementarladung: 3,2 · 10⁻¹⁹ C = 2 · e. 0,8 · 10⁻¹⁹ C wäre eine halbe und 2,4 · 10⁻¹⁹ C anderthalb Elementarladungen — beides gibt es frei nicht.
Die elektrische Spannung beschreibt die Potentialdifferenz zwischen zwei Punkten und hat die Einheit ___.
Erklärung: Die Spannung U wird in Volt (V) gemessen. Sie gibt die Energiedifferenz pro Ladungseinheit zwischen zwei Punkten an.
Durch einen Widerstand fließen 0,5 A bei einer Spannung von 12 V. Welche elektrische Leistung wird am Widerstand umgesetzt (in Watt)?
Erklärung: P = U · I = 12 V · 0,5 A = 6 W.
Ein Wasserkocher hat eine Leistung von 2000 W. Wie viel Energie verbraucht er in 3 Minuten (in Kilojoule)?
Erklärung: E = P · t = 2000 W · 180 s = 360.000 J = 360 kJ.
Ein Föhn hat auf dem Typenschild: 230 V, 1500 W. Wie groß ist die Stromstärke?
Erklärung: I = P / U = 1500 / 230 ≈ 6,5 A.
Ein elektrischer Heizofen nimmt 2000 W auf und gibt 1600 W als Wärme ab. Wie groß ist sein Wirkungsgrad in Prozent?
Erklärung: η = P_nutz / P_zu = 1600 / 2000 = 0,8 = 80 %.
Jana notiert im Versuchsprotokoll: „geflossene Ladung: 4 A". Die Einheit ist richtig gewählt.
Erklärung: Falsch gewählt: Ladung Q wird in Coulomb (C) angegeben. Ampere ist die Einheit der Stromstärke: 1 A = 1 C/s.
Ein Kühlschrank verbraucht 150 kWh pro Jahr. Was kostet der Strom bei 0,30 €/kWh pro Jahr (in Euro)?
Erklärung: Kosten = 150 kWh · 0,30 €/kWh = 45 €.
Durch den Querschnitt einer Leitung fließen in 10 s insgesamt 20 C. Welche Rechnung bestimmt die Stromstärke richtig?
Erklärung: Die Stromstärke ist die Ladung, die pro Zeiteinheit durch den Leiterquerschnitt fließt: I = Q / t = 20 C / 10 s = 2 A. Multiplizieren oder Umdrehen des Bruchs verwechselt die Definition.
Durch einen Leiter fließt ein Strom von 3 A. Wie viel Ladung fließt in 2 Minuten durch den Leiter (in Coulomb)?
Erklärung: Q = I · t = 3 A · 120 s = 360 C.
Die Formel für die an einem Widerstand umgesetzte Energie lautet E = U · I · ___.
Erklärung: E = U · I · t = P · t. Die Energie hängt von Spannung, Stromstärke und der Zeit ab.
Zwei LED-Lampen (je 10 W) und ein Fernseher (100 W) laufen 4 Stunden. Wie viel Energie wird insgesamt verbraucht (in Wh)?
Erklärung: Gesamtleistung: 10 + 10 + 100 = 120 W. Energie: E = 120 W · 4 h = 480 Wh.
Welches Gerät hat typischerweise die größte elektrische Leistung?
Erklärung: Der Wasserkocher hat mit 2000 W die größte Leistung, weil er in kurzer Zeit viel Wasser erhitzen muss.