Volt, Ampere, Ohm, Watt und weitere SI-Einheiten der Elektrotechnik – Definition, Zusammenhänge und praktische Anwendung.
P = U × IElektrische Leistung aus Spannung und Strom
W = P × tElektrische Arbeit aus Leistung und Zeit
Die elektrischen Einheiten bilden das Fundament der Elektrotechnik. Sie basieren auf dem Internationalen Einheitensystem (SI) und ermöglichen die eindeutige Beschreibung und Berechnung elektrischer Größen.
Für die Elektrofachkraft ist das sichere Beherrschen dieser Einheiten unverzichtbar – ob bei der Dokumentation, der Berechnung von Leitungsquerschnitten oder der Fehlersuche in Anlagen. Dieser Ratgeber erklärt die wichtigsten Einheiten und ihre Zusammenhänge.
Die elektrische Spannung ist die treibende Kraft für den Stromfluss. Sie beschreibt den Potentialunterschied zwischen zwei Punkten.
| Größe | Einheit | Symbol | Formelzeichen |
|---|---|---|---|
| Spannung | Volt | V | U |
Definition: 1 Volt ist die Spannung, bei der 1 Ampere Strom durch einen Widerstand von 1 Ohm fließt.
Typische Spannungen:
| Anwendung | Spannung |
|---|---|
| Autobatterie | 12 V DC |
| USB-Ladegerät | 5 V DC |
| Haushaltssteckdose | 230 V AC |
| Drehstrom (Außenleiter) | 400 V AC |
| Bahnoberleitung | 15.000 V AC |
| Hochspannungsleitung | 110-380 kV AC |
Die elektrische Stromstärke gibt an, wie viele Ladungsträger (Elektronen) pro Sekunde durch einen Leiter fließen.
| Größe | Einheit | Symbol | Formelzeichen |
|---|---|---|---|
| Stromstärke | Ampere | A | I |
Definition: 1 Ampere entspricht dem Fluss von ca. 6,24 × 10¹⁸ Elektronen pro Sekunde.
Typische Ströme:
| Anwendung | Strom |
|---|---|
| LED-Lampe 10 W | 0,04 A |
| Smartphone-Laden | 1-2 A |
| Staubsauger | 5-10 A |
| Wasserkocher 2.000 W | 8,7 A |
| E-Auto Wallbox | 16-32 A |
| Schweißgerät | 60-200 A |
Der elektrische Widerstand beschreibt, wie stark ein Material den Stromfluss behindert.
| Größe | Einheit | Symbol | Formelzeichen |
|---|---|---|---|
| Widerstand | Ohm | Ω | R |
Definition: 1 Ohm ist der Widerstand, bei dem 1 Volt Spannung einen Strom von 1 Ampere erzeugt.
Typische Widerstände:
| Material/Anwendung | Widerstand |
|---|---|
| Kupferkabel 10 m, 2,5 mm² | ca. 0,07 Ω |
| Menschlicher Körper (trocken) | 1.000-100.000 Ω |
| Menschlicher Körper (nass) | 200-500 Ω |
| Glühlampe 60 W | ca. 880 Ω |
| Isolierung einer Leitung | > 1 MΩ |
Die elektrische Leistung beschreibt die Energieumsetzung pro Zeiteinheit – also wie viel Arbeit in einer Sekunde verrichtet wird.
| Größe | Einheit | Symbol | Formelzeichen |
|---|---|---|---|
| Leistung | Watt | W | P |
Grundformel: P = U × I
Abgeleitete Formeln (mit Ohm):
Typische Leistungen:
| Gerät | Leistung |
|---|---|
| LED-Lampe | 5-15 W |
| Smartphone | 5-20 W |
| Laptop | 45-90 W |
| Kühlschrank | 100-200 W |
| Waschmaschine | 2.000-2.500 W |
| E-Auto Wallbox | 3.700-22.000 W |
Die elektrische Arbeit (Energie) ist die über Zeit aufgenommene oder abgegebene Leistung.
| Größe | Einheit | Symbol | Formelzeichen |
|---|---|---|---|
| Arbeit/Energie | Wattstunde | Wh | W |
| (SI-Einheit) | Joule | J | W |
Formel: W = P × t
Umrechnung: 1 kWh = 3.600.000 J = 3,6 MJ
Typische Energieverbräuche:
| Anwendung | Energie |
|---|---|
| Smartphone-Laden | 10-15 Wh |
| LED-Lampe (4 h) | 40 Wh |
| Waschmaschine (1 Zyklus) | 0,8-1,5 kWh |
| Haushalt/Tag | 8-15 kWh |
| Haushalt/Jahr | 3.000-5.000 kWh |
| E-Auto Akku | 50-100 kWh |
| Größe | Einheit | Symbol | Formelzeichen |
|---|---|---|---|
| Frequenz | Hertz | Hz | f |
Die Netzfrequenz in Europa beträgt 50 Hz (50 Schwingungen pro Sekunde).
| Größe | Einheit | Symbol | Formelzeichen |
|---|---|---|---|
| Kapazität | Farad | F | C |
Typische Werte: µF (Mikro-Farad) bis mF (Milli-Farad) in der Praxis.
| Größe | Einheit | Symbol | Formelzeichen |
|---|---|---|---|
| Induktivität | Henry | H | L |
Typische Werte: µH bis H bei Spulen und Drosseln.
| Präfix | Symbol | Faktor | Beispiel |
|---|---|---|---|
| Tera | T | 10¹² | TW (Terawatt) |
| Giga | G | 10⁹ | GW (Gigawatt) |
| Mega | M | 10⁶ | MW, MΩ |
| Kilo | k | 10³ | kW, kV, kA |
| – | – | 10⁰ | W, V, A |
| Milli | m | 10⁻³ | mA, mV |
| Mikro | µ | 10⁻⁶ | µF, µH |
| Nano | n | 10⁻⁹ | nF |
| Piko | p | 10⁻¹² | pF |
Aufgabe
Eine Steckdose liefert 230 V bei maximal 16 A. Welche maximale Leistung ist möglich?
Lösung
Die maximale Leistung beträgt 3.680 W (3,68 kW).
Aufgabe
Eine LED-Lampe (10 W) brennt 5 Stunden pro Tag. Wie hoch ist der jährliche Energieverbrauch?
Lösung
Der jährliche Energieverbrauch beträgt ca. 18,3 kWh.
Aufgabe
Eine 60 W Glühlampe wird an 230 V betrieben. Welchen Widerstand hat der Glühfaden?
Lösung
Der Glühfadenwiderstand beträgt ca. 882 Ω (im Betrieb).
SI-Einheitensystem (Internationales Einheitensystem)
Die elektrischen Einheiten sind Teil des SI-Systems und international standardisiert.
Basiseinheit der Elektrotechnik: Das Ampere (A) ist eine der sieben SI-Basiseinheiten.
DIN 1301: Einheiten – Einheitennamen, Einheitenzeichen
Alle anderen elektrischen Einheiten (Volt, Ohm, Watt) sind abgeleitete Einheiten.
Elektrotechnische Einheiten – Zusammenfassung:
| Größe | Einheit | Symbol | Formel |
|---|---|---|---|
| Spannung | Volt | V | U = R × I |
| Stromstärke | Ampere | A | I = U / R |
| Widerstand | Ohm | Ω | R = U / I |
| Leistung | Watt | W | P = U × I |
| Arbeit | Wattstunde | Wh | W = P × t |
| Frequenz | Hertz | Hz | f = 1/T |
| Kapazität | Farad | F | C = Q/U |
| Induktivität | Henry | H | L = Φ/I |
Wichtige Umrechnungen:
kW (Kilowatt) ist eine Leistungseinheit – sie beschreibt, wie viel Energie pro Sekunde umgesetzt wird. kWh (Kilowattstunde) ist eine Energieeinheit – sie beschreibt die Gesamtmenge an Energie. Beispiel: Ein 2 kW Heizlüfter, der 3 Stunden läuft, verbraucht 2 kW × 3 h = 6 kWh Energie.
Das Ampere wurde als Basiseinheit gewählt, weil es direkt über elektromagnetische Kräfte zwischen Leitern definiert werden kann (historisch). Seit 2019 wird es über die Elementarladung des Elektrons definiert. Das Volt ist eine abgeleitete Einheit: 1 V = 1 W / 1 A.
Ja! 1 Wh = 3.600 J (weil 1 Stunde = 3.600 Sekunden). 1 kWh = 3.600.000 J = 3,6 MJ. In der Elektrotechnik und bei Stromrechnungen wird meist kWh verwendet, in der Physik Joule.