Das Wattsche Gesetz beschreibt den wesentlichen Zusammenhang zwischen Leistung, Strom und Spannung in einem Stromkreis. Dieser Standard geht davon aus, dass die Leistung eines Geräts oder Schaltkreises das Ergebnis der Multiplikation seiner Spannung mit dem durch ihn fließenden Strom ist. Mit anderen Worten: Die Formel P = VI stellt den Grundstein dieser Beziehung dar.
Der Stromverbrauch eines Stromkreises ist untrennbar mit der Leistung verknüpft. Diese Leistung wird wiederum vom Widerstand des Geräts, der Eingangsspannung und dem durch diesen Widerstand fließenden Strom beeinflusst.
Formel des Wattschen Gesetzes
Die Formel für das Wattsche Gesetz lautet wie folgt:
P = V · I
Wo
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P ist die elektrische Leistung eines elektrischen Widerstands.
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V ist die Spannung, die an den Widerstand eines Stromkreises angelegt wird.
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I ist die aktuelle Intensität.
Der Stromverbrauch wird in Watt (W) gemessen, die Spannung in Volt (V) und die Maßeinheit für die Intensität ist Ampere (A).
Aus dieser Formel ist ersichtlich, dass die verbrauchte Leistung direkt proportional zur Differenz zwischen Eingangs- und Ausgangsspannung und -intensität ist.
Es gibt drei mögliche Formeln zur Berechnung der elektrischen Leistung in einem Stromkreis.
Schöpfer des Wattschen Gesetzes
Das Wattsche Gesetz wurde nicht von James Watt erfunden, wie der Name vermuten lässt. Tatsächlich ist das Gesetz nach James Watt benannt, dem schottischen Erfinder, der für seinen Beitrag zur Entwicklung der Dampfmaschine bekannt ist.
Die mathematische Formulierung des Gesetzes wird hauptsächlich zwei Wissenschaftlern zugeschrieben: Gustav Kirchhoff und George Simon Ohm. Kirchhoff entwickelte die Kirchhoffschen Gesetze, die für die Theorie elektrischer Schaltkreise von grundlegender Bedeutung sind und zu denen als Sonderfall das Wattsche Gesetz gehört.
Ohm hingegen begründete die grundlegende mathematische Beziehung zwischen Spannung, Strom und Widerstand in einem Stromkreis, bekannt als Ohmsches Gesetz.
Zusammenhang mit dem Ohmschen Gesetz
Das Wattsche Gesetz bezieht Leistung auf Spannung und Strom. Andererseits setzt das Ohmsche Gesetz die Spannung mit der Stromstärke und dem elektrischen Widerstand eines Stromkreises in Beziehung.
Die Formel für das Ohmsche Gesetz lautet:
V= I·R
Wo
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V ist die Spannung.
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I ist die aktuelle Intensität.
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R ist der elektrische Widerstand, den ein Stromkreis bietet, gemessen in Ohm.
Da beide Gesetze die gleichen elektrischen Größen verwenden, werden sie häufig kombiniert, um einige nützliche Gleichungen zu erhalten.
Industrielle Nutzung und Anwendungen sowie im Alltag
Das Wattsche Gesetz dient als Grundprinzip der Elektrotheorie und vermittelt ein wesentliches Verständnis der Beziehung zwischen elektrischem Strom, Potentialdifferenz (Spannung) und Leistung in einem Stromkreis.
- Entwurf elektrischer Systeme : Durch das Verständnis der Wechselbeziehungen zwischen Strom, Spannung und Leistung können Ingenieure die für die Stromversorgung von Geräten und Maschinen erforderliche Leistung berechnen und planen.
- Energieeffizienz : Das Gesetz ist von entscheidender Bedeutung, um die Energieeffizienz elektrischer Geräte zu optimieren. Es ermöglicht die Entwicklung und Verwendung von Geräten, die in bestimmten Leistungsbereichen arbeiten und so zur Energieeinsparung beitragen.
- Stromabrechnung : Im privaten und geschäftlichen Bereich hat das Wattsche Gesetz direkten Einfluss auf die Stromrechnung. Durch das Verständnis, wie der Stromverbrauch berechnet wird, können Verbraucher fundierte Entscheidungen zur Reduzierung des Verbrauchs und damit der damit verbundenen Kosten treffen.
- Stromübertragung : Bei der Übertragung von Strom über weite Entfernungen ermöglicht die Formel zur Berechnung der elektrischen Leistung den Ingenieuren, Leistungsverluste zu berechnen und effiziente Übertragungssysteme zu entwerfen, die diese Verluste minimieren und so sicherstellen, dass die an den endgültigen Bestimmungsort gelieferte Leistung ausreichend ist.
- Geräteoptimierung : Mit diesem Gesetz können Hersteller die Leistung elektrischer Geräte durch effizientere Designs und besseres Energiemanagement optimieren.
Praxisbeispiel: Akkus laden mit einem Solarpanel
Nehmen wir an, Sie installieren ein 200 Watt (W) Solarpanel auf Ihrem Dach. Bei direkter Sonneneinstrahlung für 5 Stunden am Tag würde das Panel täglich 1000 Wattstunden (Wh) oder 1 Kilowattstunde (kWh) erzeugen (200 W × 5 h). Unter Anwendung des Wattschen Gesetzes (P = IV) beträgt der Strom etwa 16,67 Ampere (I = P/V), wenn Ihr System mit 12 Volt (V) betrieben wird.
Denken Sie nun darüber nach, einen Akku mit einer Kapazität von 500 Wh aufzuladen. Unter Verwendung des Wattgesetzes zur Berechnung der Ladezeit hätten wir Zeit (Stunden) = Energie (Wh) / Leistung (W), was 0,5 Stunden oder 30 Minuten zum vollständigen Aufladen des Akkus (500 Wh / 1000 W) ergeben würde.
Es ist wichtig, die Effizienz des Systems zu berücksichtigen. Nehmen wir an, es sind 85 %. Wendet man diesen Effizienzfaktor auf die erzeugte Leistung an, beträgt die tatsächliche Leistung 170 W (200 W × 0,85). Bereinigt man die obigen Berechnungen, wäre der Akku in etwa 1,5 Stunden vollständig aufgeladen (500 Wh / 170 W).
Dieses Beispiel veranschaulicht, wie wichtig das Wattsche Gesetz bei der Gestaltung und Optimierung von Solarenergiesystemen zur Berechnung der effektiven Leistung, des Stroms und der Ladezeit ist.