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Formel für leistung

Wie die Energie wird auch das Wort "Leistung" häufig verwendet. Im Alltag hat es viele Bedeutungen, aber in der Physik hat es eine sehr spezifische Bedeutung - es ist ein Maß für die Geschwindigkeit, mit der Arbeit verrichtet wird (oder, ähnlich, mit der Energie übertragen wird).

Die Fähigkeit, die Leistung genau zu messen, war eine der Schlüsselqualifikationen, die es den Ingenieuren damals ermöglichte, die Dampfmaschinen zu entwickeln, die die industrielle Revolution antrieben. Sie ist nach wie vor wichtig, um zu verstehen, wie die Energieressourcen, die die moderne Welt antreiben, am besten genutzt werden können.

Die Leistungsformel gilt nicht nur für mechanische Energie, sondern auch für Elektrizität und Chemie. Mit der Leistungsformel lässt sich auch die Wärmeenergie berechnen (z. B. ist die Formel für die Leistung in der Elektronik das Produkt aus Strom und Spannung - P=Ul).

Die Formel für die Leistung wird im Falle eines Gleichstromkreises mit Hilfe des Ohmschen Gesetzes bestimmt. Die Formel für die Leistung lautet demnach: P=12R oder P=U2/R

Formel für die Leistung
Per Definition entspricht ein Watt einem Joule Arbeit pro Sekunde. Wenn also P für die Leistung in Watt, Delta E für die Energieänderung (Anzahl der Joule) und Delta t für die Zeit in Sekunden steht, lautet die Formel für die Leistung:
P = ΔE/Δt

Es gibt auch noch eine andere, weit verbreitete Einheit für die Leistung - die Pferdestärke. Sie wird in der Regel mit dem Symbol hp bezeichnet und stammt aus dem 17. Jahrhundert, als sie sich auf die Kraft eines typischen Pferdes bezog, das eine Winde antrieb. Seitdem wird die Pferdestärke als die Leistung definiert, die erforderlich ist, um eine Masse von 75 kg in einer Sekunde über eine Strecke von 1 Meter zu heben. Wie viel Leistung ist das also in Watt?

Nun, wir wissen, dass die Masse beim Heben gegen die Schwerkraft eine potenzielle Gravitationsenergie erhält - Ep = m⋅g⋅h.

Anwendung der Leistungsformel
In der Praxis kann die Leistungsformel z. B. bei der Auswahl eines geeigneten Widerstands für eine elektrische Anlage verwendet werden. Sie kann auch verwendet werden, um zu berechnen, ob eine bestimmte maximale Leistung dieses Modells für ein bestimmtes Projekt ausreichend ist. Wenn die Berechnung falsch ist, kann eine Schaltungskomponente - oder sogar die gesamte Schaltung - beschädigt werden. Automatisierung, Robotik und Elektronik sind die Hauptbereiche, in denen die Leistungsformel und die Leistungsangaben häufig verwendet werden. Ein Großteil der Forschung in den Ingenieur- und Naturwissenschaften basiert auf der Leistung.

Wie messen wir die variable Leistung?
In vielen Situationen, in denen Energieressourcen verwendet werden, variiert der Verbrauch im Laufe der Zeit. Ein solches Beispiel ist der typische Stromverbrauch in Haushalten. Wir beobachten einen minimalen Verbrauch während des Tages, gefolgt von einem maximalen Verbrauch während der Zubereitung von Mahlzeiten und einer längeren Periode starken Verbrauchs für die abendliche Beleuchtung und Heizung.

Es gibt mindestens drei Arten, die Leistung auszudrücken, die hier von Bedeutung sind: Momentanleistung, Durchschnittsleistung und Spitzenleistung. Das Elektrizitätswerk muss dies alles im Auge behalten. Tatsächlich werden oft verschiedene Energieressourcen verwendet, um jede dieser drei Aufgaben zu lösen.

- Die Momentanleistung ist die Leistung, die zu einem bestimmten Zeitpunkt gemessen wird. Betrachtet man die Leistungsformel, P = ΔE / ΔtP, so ist dies die Messung, die man erhält, wenn Δt sehr klein ist. Wenn Sie das Glück haben, einen Graphen für das Verhältnis von Leistung und Zeit zu besitzen, ist die momentane Leistung einfach der Wert, den Sie zu jedem Zeitpunkt am Graphen ablesen können.

- Die durchschnittliche Leistung ist die Leistung, die über einen langen Zeitraum gemessen wird (d. h. wenn Δt in der Leistungsformel sehr groß ist). Eine Möglichkeit, dies zu berechnen, besteht darin, die Fläche unter der Kurve Leistung vs. Zeit (die die insgesamt geleistete Arbeit angibt) zu ermitteln und durch die Gesamtzeit zu dividieren. Dies geschieht in der Regel am besten mit Hilfe der Differentialrechnung, kann aber oft auch nur mit Hilfe der Geometrie recht genau geschätzt werden.

- Die Spitzenleistung ist der maximale Wert, den die momentane Leistung in einem bestimmten System über einen längeren Zeitraum haben kann. Automotoren und Stereoanlagen sind Beispiele für Systeme, die in der Lage sind, eine Spitzenleistung zu liefern, die weit über ihrer durchschnittlichen Nennleistung liegt. In der Regel ist es jedoch nur möglich, diese Leistung für eine kurze Zeit aufrechtzuerhalten, um Schäden zu vermeiden. Dennoch kann bei diesen Anwendungen eine hohe Spitzenleistung für das Fahr- oder Hörerlebnis wichtiger sein als eine hohe Durchschnittsleistung.

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