Ladung und Energie
Ladung und Energie verstehen
Stell dir vor: Ein Akku ist wie ein Wassertank. Die Kapazität (in Ah) sagt dir, wie viel Wasser hineinpasst. Die Spannung (in V) ist wie die Höhe, aus der das Wasser fällt. Die Energie (in Wh) ist das, was du tatsächlich nutzen kannst - sie hängt von beidem ab: Menge × Fallhöhe.
Warum ist das wichtig für den Amateurfunk?
- Portabelbetrieb: Wie lange reicht mein Akku beim SOTA-Einsatz?
- Stromversorgung: Welche Akkukapazität brauche ich für den Fieldday?
- Energiekosten: Was kostet der Betrieb meiner Station pro Monat?
Die drei Grundgrößen
| Größe | Symbol | Einheit | Bedeutung |
|---|---|---|---|
| Ladung | Q | As, Ah, C | transportierte elektrische Ladung |
| Leistung | P | W (Watt) | Energieumsatz pro Zeiteinheit |
| Energie | E | J, Ws, Wh, kWh | Gespeicherte oder verbrauchte Arbeit |
Die wichtigsten Formeln
Ladung: $Q = I \cdot t$
Leistung: $P = U \cdot I$
Energie: $E = P \cdot t = U \cdot I \cdot t$
Einheiten umrechnen
Ladung
1 Ah = 3600 As = 3600 C
(weil 1 h = 3600 s)
Energie
1 Wh = 3600 Ws = 3600 J
1 kWh = 1000 Wh
Eselsbrücke: Der Faktor 3600 taucht immer auf, weil 1 Stunde = 3600 Sekunden hat. Ah → As oder Wh → J: einfach mit 3600 multiplizieren!
Frage AB501: Energie aus Akkukapazität berechnen
Frage AB501 fragt: „Ein 12 V Akku hat eine Kapazität von 5 Ah. Welcher speicherbaren Energie entspricht das?"
Die Akkukapazität wird in Ah angegeben - das ist aber noch nicht die Energie! Um die gespeicherte Energie zu berechnen, multiplizierst du Spannung mal Kapazität:
Formel: $E = U \cdot C_{Akku}$
Beispielrechnung
Gegeben: U = 12 V, Kapazität = 5 Ah
Warum ist 60 Wh richtig? Die anderen Antworten entstehen durch typische Rechenfehler:
- 12 Wh → nur die Spannung genommen
- 5 Wh → nur die Kapazität genommen
- 2,4 Wh → Division statt Multiplikation
Praxisbezug: Mit 60 Wh kannst du z.B. ein 10-W-Handfunkgerät 6 Stunden lang betreiben.
Frage AB502: Energieverbrauch einer Stromversorgung
Frage AB502 fragt nach dem Energieverbrauch bei gegebener Spannung, Strom und Betriebsdauer.
Hier brauchst du zwei Schritte: Erst Leistung berechnen, dann Energie.
Beispielrechnung
Gegeben: U = 230 V, I = 0,63 A, t = 7 h
Schritt 1: Leistung berechnen
Schritt 2: Energie berechnen
Warum ist 1,01 kWh richtig? Die Antwort 0,14 kWh entsteht, wenn man vergisst mit der Zeit zu multiplizieren. Die größeren Werte (2,56 kWh, 20,7 kWh) entstehen durch falsche Umrechnungen.
Praxisbezug: Bei ca. 30 ct/kWh kostet dieser 7-Stunden-Betrieb etwa 30 Cent.
Frage AB503: Energie im Widerstand
Frage AB503 fragt, wie viel Energie ein Widerstand in Wärme umwandelt. Die Frage zeigt eine Schaltung mit U = 10 V und R = 100 Ω.
Wenn Strom durch einen Widerstand fließt, wird elektrische Energie in Wärme umgewandelt.
Beispielrechnung
Gegeben: U = 10 V, R = 100 Ω, t = 1 h
Schritt 1: Strom berechnen
Schritt 2: Leistung berechnen
Schritt 3: Energie berechnen
Umrechnung in Joule:
Warum ist 1 Wh = 3600 J richtig? Die anderen Antworten (2 Wh, 0,5 Wh, 0,1 Wh) entstehen durch Rechenfehler bei der Stromberechnung oder der Einheitenumrechnung.
Formelübersicht
| Von | Nach | Formel |
|---|---|---|
| Strom + Zeit | Ladung | $Q = I \cdot t$ |
| Spannung + Strom | Leistung | $P = U \cdot I$ |
| Leistung + Zeit | Energie | $E = P \cdot t$ |
| Spannung + Akkukapazität | Akkuenergie | $E = U \cdot C_{Akku}$ |
| Wh | Joule | $E_{\text{J}} = E_{\text{Wh}} \cdot 3600$ |
Tipp für die Prüfung: Bei Energieberechnungen immer auf die Einheiten achten! Die Fragen geben oft Stunden (h) vor, aber Joule basiert auf Sekunden. Merke: 1 Wh = 3600 J.
Zusammenfassung für die Prüfung
| Frage | Thema | Richtige Antwort |
|---|---|---|
| AB501 | Akkuenergie berechnen (12 V, 5 Ah) | 60,0 Wh (E = U × C) |
| AB502 | Energieverbrauch (230 V, 0,63 A, 7 h) | 1,01 kWh (E = U × I × t) |
| AB503 | Energie im Widerstand (10 V, 100 Ω, 1 h) | 1 Wh = 3600 J |
Wissenskontrolle
0 / 3 Fragen richtigEin 12 V Akku hat eine Kapazität von 5 Ah. Welcher speicherbaren Energie entspricht das?
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Eine Stromversorgung nimmt bei einer Spannung von 230 V einen Strom von 0,63 A auf. Wieviel Energie wird bei einer Betriebsdauer von 7 Stunden umgesetzt?
Wie viel Energie wird vom Widerstand innerhalb einer Stunde in Wärme umgewandelt?
