Elektrische Arbeit und Leistung

Ein elektrisches Feld $E$ übt eine Kraft $F$ auf eine Ladung $Q$ aus, was zu einer Arbeit $W$ führt, wenn die Ladung sich bewegt:

Einheit: $[W] = 1 \text{ J (Joule)}$; auch $[W] = 1 \text{ kWh} = 3{,}6 \cdot 10^6 \text{ J}$

Die elektrische Arbeit resultiert aus der Bewegung der Ladung durch das Feld und wird oft in Wärme umgewandelt, besonders in Widerständen.

Anschauliche Erklärung: Man kann sich die elektrische Arbeit wie das Heben eines Gewichts vorstellen. Je höher das Gewicht gehoben wird und je schwerer es ist, desto mehr Arbeit wird verrichtet. In ähnlicher Weise wird mehr elektrische Arbeit geleistet, wenn eine größere Ladung über eine größere Distanz durch ein stärkeres elektrisches Feld bewegt wird.

1. Elektrische Leistung

Die elektrische Leistung $P$ ist die Arbeit pro Zeit:

Einheit: $[P] = 1 \text{ J s}^{-1} = 1 \text{ V A} = 1 \text{ W (Watt)}$

In Widerständen wird die Leistung durch die Formel $P = I^2 \cdot R$ oder $\frac{U^2}{R}$ berechnet.

Anschauliche Erklärung: Elektrische Leistung kann mit der Geschwindigkeit verglichen werden, mit der Arbeit verrichtet wird. Ein starker elektrischer Strom, der schnell durch einen Leiter fließt, entspricht einer hohen Leistung, ähnlich wie ein schnelles Auto, das schnell eine Strecke zurücklegt.