Umwandlung von Arbeits-Energie- und Leistungseinheiten

Energien und Arbeiten kommen sowohl in der Mechanik, der Wärmelehre und - wie Du später sehen wirst - auch in der Elektrizitätslehre vor. Damit ist verständlich, dass es für Arbeit und Energie mehrere verschiedene Einheiten gibt. Dieses Blatt soll dir zeigen, welcher Zusammenhang zwischen den verschiedenen Einheiten besteht.

Einheiten von Arbeit und Energie

	mechanische Arbeit:	kinetische Energie	potentielle Energie	Spannenergie
Formel	W = F · s		Epot = m · g · h
Einheit	[W] = 1 N · m = 1 J

Da sämtliche Arbeits- und Energieeinheiten gleichwertig sind, folgt hieraus die erste wichtige Beziehung für die Umwandlung von Arbeits-Energie-Einheiten:

Weitere Energieeinheiten:

• Bei er Angabe von Energien – gerade im Bereich der Elektrizität – verwendet man häufig die Einheit 1kWh (Kilowattstunde). Es gilt:

Wie es zu dieser Umrechnung kommt wird weiter unten gezeigt.

• Eine inzwischen veraltete Energieeinheit ist die Kilocalorie (1kcal). Im Volksmund spricht man oft nur von "Kalorien". Man verwendet diese Einheit heute immer noch zur Beschreibung des Brennwertes von Nahrungsmitteln. Es gilt:

Einheiten der Leistung

Formel für die Leistung:

Einheit für die Leistung:

Meist wird in der Literatur als Leistungseinheit das Watt (W) verwendet. Es gilt:

Eine veraltete Leistungseinheit ist die Pferdestärke (PS). Sie wird oft noch für die Angabe der Motorleistung eines Autos angegeben. Es gilt:

Hinweis: Mit der Festlegung des Watt verstehst du jetzt auch die Umrechnung der Kilowattstunden:

1 kWh = 1 · 10³ Wh = 1 · 10³· 3600 Ws = 3,6 · 10⁶ J

Aufgaben zur Festigung:

1. Aufgabe: Sprinter Ein Sprinter mit der Masse 80 kg läuft die 100m-Strecke mit der Durchschnittsgeschwindigkeit von 36 km/h.
	a)	Wie groß ist seine Durchschnittsgeschwindigkeit in m/s?
	b)	Welche durchschnittliche Leistung (in Watt) erbringt der Läufer bei der Beschleunigung auf die Geschwindigkeit 36 km/h, die er in einer Sekunde nach dem Start erreicht?

3. Aufgabe: Radrennfahrer Der biologische Wirkungsgrad des Menschen ist ca. 25%, d.h. er kann etwa ein Viertel der durch die Nahrung aufgenommenen Energie in mechanische Energie umsetzen. Ein Radrennfahrer bringt in einem Rennen die Dauerleistung von 400 W auf.   a) Gib die Leistung des Radfahrers in PS an.   b) Wie viele Kilokalorien muss er in der Stunde aufnehmen, damit er diese Leistung erbringen kann? Wie viel Schokolade muss er dazu essen, wenn der Brennwert von 100g Schokolade ungefähr 530 kcal ist?