Watt (Einheit)

Elektrischer Leistungsmesser

Das Watt ist die im internationalen Einheitensystem für die Leistung verwendete Maßeinheit. Sie wurde nach dem schottischen Wissenschaftler James Watt benannt. Als Einheitenzeichen wird der Großbuchstabe „W“ verwendet.

Das Watt ist eine abgeleitete Einheit, das heißt, sie kann mit Hilfe der sogenannten Basiseinheiten kg, m und s ausgedrückt werden:

$ \mathrm {1\,W=1\,{\frac {kg\,m^{2}}{s^{3}}}} $

Veranschaulichungen

Ein Watt ist gleich der Leistung, um

• innerhalb einer Sekunde eine mechanische Arbeit von einem Joule zu verrichten ($ \mathrm {1\,W=1\,{\tfrac {J}{s}}} $), also beispielsweise
  • innerhalb einer Sekunde über die Strecke von einem Meter die Kraft von einem Newton aufzuwenden – etwa um eine normale Tafel Schokolade in einer Sekunde um einen Meter anzuheben;
• bei einer elektrischen Spannung von einem Volt einen elektrischen Strom von einem Ampere fließen zu lassen ($ \mathrm {1\,W=1\,\mathrm {VA} } $), oder
• ein Gramm Wasser von 15 °C innerhalb einer Minute um ca. 14,3 K zu erwärmen.

Weitere Beispiele: Größenordnung (Leistung)

Verwendung der Einheit Watt

Das Watt ist die Einheit für die Angabe von Energie pro Zeit, wobei häufig eine mittlere Leistung über eine gewisse Zeit genannt wird. Davon klar zu unterscheiden sind die Energie-Maßeinheiten Kilowattstunde (kWh) oder Wattsekunde (Ws) (= Joule).

Aussagen über Energieverbrauch, etwa in Debatten über die Energieversorgung, werden oft als Angabe pro Jahr (a) gemacht, dann ist die Leistung in kWh/a, GWh/a oder TWh/a gemeint. Da ein Jahr 8760 Stunden hat, lässt sich eine solche Angabe einer Durchschnittsleistung umrechnen mit dem Faktor

1 kW · 8760 h/a = 8,76 MWh/a.

Anders ist es bei einem Heizkessel; hier wird meist die Leistung bei laufendem Brenner (unabhängig von den jährlichen Betriebsstunden des Brenners) angegeben. Die Leistung ist (als Differenzialquotient des Energieumsatzes nach der Zeit) genau genommen ein Momentanwert. Sprachlich wird deshalb bisweilen die Momentanleistung von der Spitzen- bzw. Maximalleistung unterschieden. Alle diese Varianten werden in Watt angegeben.

Bei elektrischen Verbrauchern ergibt sich die Leistung aus dem Produkt der Effektivwerte von Spannung und Stromstärke. Bei einem ohmschen Verbraucher wird dieses als Wirkleistung in Watt angegeben, bei Verbrauchern mit einem Blindwiderstand aber als Scheinleistung in Voltampere.

Ebenfalls in Watt angegeben werden verschiedene in der Audiotechnik mit Leistung bezeichnete Größen, z. B. die RMS-Leistung, die allerdings eine formale Größe ist und mit der physikalischen Leistung nur die Einheit gemeinsam hat.

Bedeutung der Leistungsangaben von Geräten

Aufgenommene und abgegebene Leistung

Die Hersteller elektrischer Geräte sind zur Angabe der maximalen Leistungsaufnahme verpflichtet, also der Leistung, die der Stromversorgung (Stromnetz, Batterie) maximal entnommen wird. Dies ist stets ein größerer Zahlenwert als die Leistungsabgabe, also die Leistung in jener Form, die der Benutzer wünscht (z. B. mechanische Leistung, Lichtleistung). Die abgegebene Leistung kann weit geringer sein je nach Wirkungsgrad, d. h. nach Abzug der Energieverluste bei der Wandlung der elektrischen Energie in die gewünschte Energieart. Wärmeverluste, mechanische und andere Verluste reduzieren die tatsächliche abgegebene Leistung z. B. einer Bohrmaschine oder eines Staubsaugers.

Bei Leuchtmitteln ist neben der Verbrauchsleistung in Watt zudem der Lichtstrom in Lumen anzugeben. Aufgrund ihrer Definition über die Physiologie des menschlichen Auges kann sie nicht direkt mit der Wattzahl verglichen werden. Vielmehr kann die Lichtausbeute in der Einheit Lumen pro Watt angegeben werden. Näherungsweise ließe sich ein Wirkungsgrad abschätzen, indem die Strahlungsleistung im sichtbaren Spektralbereich (ca. 400 bis 700 nm) durch die Verbrauchsleistung geteilt wird. Hiermit ergäbe sich z. B. für Glühlampen ein Wert von etwa fünf Prozent. Jedoch sind die Grenzen zwischen dem sichtbaren und dem infraroten bzw. ultravioletten Bereich fließend, so dass ein solcher Wirkungsgrad nicht eindeutig definiert wäre. Zudem berücksichtigt sie nicht die unterschiedliche spektrale Empfindlichkeit des Auges.

Bei Lasern wird dagegen die tatsächlich im Laserstrahl enthaltene Leistung angegeben. Der elektrische Verbrauch (Anschlussleistung) einer Laserstrahlquelle ist entsprechend dem jeweiligen Wirkungsgrad stets höher.

Bei Haushaltsgeräten, z. B. einem Elektrorasenmäher, wird die elektrische Leistung, die der Steckdose entnommen wird, angegeben. Anders verhält es sich bei Elektromotoren höherer Leistung. Dort ist auf dem Typenschild auch die lieferbare mechanische Leistung an der Motorwelle angegeben sowie die Höhe der aufgenommenen Scheinleistung. Bei elektrischen Handbohrmaschinen wird die bei Spindel-Stillstand maximal aus dem Netz entnommene Leistung angegeben - sie hat also mitnichten etwas mit der abgegebenen mechanischen Leistung zu tun. Bei Staubsaugern wird die elektrische Leistungsaufnahme angegeben, die nicht viel mit der Saugleistung zu tun haben muss. Die (elektrische) Leistungsaufnahme eines Heizgerätes ist immer gleich der abgegebenen Wärmeleistung.

Kältemaschinen

Kühl- und Gefriergeräte sowie Wärmepumpen transportieren Wärmeleistung von der kalten zur warmen Seite. Sie werden von einem Elektromotor angetrieben, der eine Pumpe bewegt. Die Leistungsaufnahme des Motors ist in der Regel geringer als die Wärmeleistung. Daher kann eine Wärmepumpen-Heizung zum Beispiel das 2,5fache der elektrischen Leistungsaufnahme als Wärmeleistung bereitstellen.

Wärmetauscher

Die Wärmeleistung von Wärmeübertragern ist oft proportional zur Temperaturdifferenz. Auch Kühlkörper und wärmeableitende Gehäuse besitzen diese Charakteristik. Ihre Leistungsfähigkeit wird daher oft mit Watt pro Kelvin Temperaturdifferenz (W/K) angegeben.

Dauer- und Kurzzeitleistung

Die Leistung kann auf eine angegebene „KB xx min“, d. h. Kurzbetriebszeit xx Minuten beschränkt sein. Beispiele sind Mixer, Lötpistolen oder auch Lichtbogen-Schweißgeräte. Sie müssen nach der maximalen Betriebszeit abkühlen. Ähnlich ist das mit der Stundenleistung von Elektromotiven, die über eine Stunde kontinuierlich abgegeben werden kann.

Bei Backöfen kann die Leistungsangabe die Leistung beim Aufheizen benennen, während die Leistung später beim Backen etc. aufgrund der Temperaturregelung weit geringer ist.

Übersicht über Einheiten der Leistung

Angabe kleiner und großer Leistungen

Je nach Bedarf werden Vorsätze für Maßeinheiten verwendet, z. B.:

Siehe auch

• Pferdestärke, veraltete Einheit für Leistung, noch häufig im Automobilbereich in Gebrauch

Weblinks

Wiktionary: Watt – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen