Watt

Das Watt (Symbol: W ) ist die Einheit für Leistung bzw. Strahlungsstrom im Internationalen Einheitensystem ^{(SI) und entspricht 1 Joule pro Sekunde oder 1 kg⋅m²⋅s⁻³. [1][2][3]} Es dient zur Quantifizierung der Energieübertragungsrate ^. Benannt ^{ist das Watt nach James Watt ( 1736–1819 )} , einem schottischen Erfinder , Maschinenbauingenieur und Chemiker des 18. Jahrhunderts , der 1776 die Newcomen - Maschine mit seiner eigenen Dampfmaschine verbesserte , die grundlegend für die Industrielle Revolution wurde .

Wenn die Geschwindigkeit eines Objekts konstant bei einem Meter pro Sekunde gehalten wird und gleichzeitig eine konstante Gegenkraft von einem Newton wirkt , beträgt die Rate, mit der Arbeit verrichtet wird, ein Watt. $${\displaystyle \mathrm {1~W=1~J{/}s=1~N{\cdot }m{/}s=1~kg{\cdot }m^{2}{\cdot }s^{-3}} .}$$

Im Bereich des Elektromagnetismus bezeichnet ein Watt die Rate, mit der elektrische Arbeit verrichtet wird, wenn ein Strom von einem Ampere (A) durch eine elektrische Potentialdifferenz von einem Volt (V) fließt. Das bedeutet, dass das Watt dem Voltampere entspricht (die letztgenannte Einheit wird jedoch für eine andere Größe als die Wirkleistung eines Stromkreises verwendet). $${\displaystyle \mathrm {1~W=1~V{\cdot }A} .}$$

Zwei weitere Umrechnungen der Watt-Einheit können mithilfe der obigen Gleichung und des Ohmschen Gesetzes gefunden werden . Dabei ist Ohm ( ) die abgeleitete SI-Einheit des elektrischen Widerstands . $${\displaystyle \mathrm {1~W=1~V^{2}/\Omega =1~A^{2}{\cdot }\Omega } ,}$$${\displaystyle \Omega }$

• Eine Person mit einer Masse von 100 kg, die in 5 Sekunden eine 3 Meter hohe Leiter hinaufsteigt, verrichtet dabei eine Arbeit von etwa 600 Watt. Die verrichtete Arbeit bzw. Leistung berechnet sich aus Masse mal Erdbeschleunigung mal Höhe, dividiert durch die Zeit, die zum Erreichen der gegebenen Höhe benötigt wird . ^{[ i ]}
• Ein Arbeiter kann im Laufe eines achtstündigen Arbeitstages eine durchschnittliche Leistung von etwa 75 Watt erbringen; höhere Leistungsniveaus können für kurze Zeiträume und von Sportlern erreicht werden. ^{[ 4 ]}

Das Watt ist nach dem schottischen Erfinder James Watt benannt . ^{[ 5 ]} Der Name der Einheit wurde im August 1882 von C. William Siemens in seiner Antrittsrede als Präsident der British Association for the Advancement of Science (BAAS) auf dem 52. Kongress vorgeschlagen . ^{[ 6 ]} Da die Einheiten im gebräuchlichen Einheitensystem nach führenden Physikern benannt waren, schlug Siemens vor, Watt als geeignete Bezeichnung für eine Leistungseinheit zu verwenden. ^{[ 7 ]} Siemens definierte die Einheit innerhalb des bestehenden gebräuchlichen Einheitensystems als „die Leistung, die von einem Strom von einem Ampere durch eine Potenzialdifferenz von einem Volt übertragen wird“. ^{[ 8 ]}

Im Oktober 1908 wurden auf der Internationalen Konferenz über elektrische Einheiten und Normen in London ^{[ 9 ]} sogenannte internationale Definitionen für praktische elektrische Einheiten festgelegt. ^{[ 10 ]} Die Definition von Siemens wurde als internationales Watt übernommen. (Auch verwendet: 1 A ^{= 2} × 1 Ω.) ^{[ 5 ]} Das Watt wurde als ^10⁷ Leistungseinheiten im praktischen Einheitensystem definiert. ^{[ 10 ]} Die „internationalen Einheiten“ waren von 1909 bis 1948 vorherrschend. Nach der 9. Generalkonferenz für Maß und Gewicht im Jahr 1948 wurde das internationale Watt von praktischen auf absolute Einheiten umdefiniert (d. h. nur noch unter Verwendung von Länge, Masse und Zeit). Konkret bedeutete dies, dass 1 Watt als die in einer Zeiteinheit übertragene Energiemenge, nämlich 1 J/s, definiert wurde. In dieser neuen Definition entspricht 1 absolutes Watt 1,00019 internationalen Watt. Texte, die vor 1948 verfasst wurden, verwenden wahrscheinlich das internationale Watt. Daher ist beim Vergleich numerischer Werte aus dieser Zeit mit dem Watt nach 1948 Vorsicht geboten. ^{[ 5 ]} Im Jahr 1960 führte die 11. Generalkonferenz für Maß und Gewicht das absolute Watt als Einheit der Leistung im Internationalen Einheitensystem (SI) ein. ^{[ 11 ]}

Attowatt

Die Schallintensität in Wasser, die dem internationalen Standard-Referenzschalldruck von 1 μPa entspricht, beträgt ungefähr  0,65 aW/ ^m² . ^{[ 12 ]}

Femtowatt

Die Leistung wird typischerweise in Femtowatt (FW) gemessen, insbesondere bei Radio- und Radarempfängern . Um beispielsweise aussagekräftige Leistungsdaten von FM-Tunern hinsichtlich Empfindlichkeit, Rauschunterdrückung und Signal-Rausch-Verhältnis zu ermitteln, muss die am Antenneneingang angelegte HF- Energie angegeben werden. Diese Eingangspegel werden häufig in dBf ( Dezibel bezogen auf 1 Femtowatt) angegeben. Dies entspricht 0,2739 Mikrovolt an einer 75-Ohm-Last bzw. 0,5477 Mikrovolt an einer 300-Ohm-Last; die Spezifikation berücksichtigt die HF- Eingangsimpedanz des Tuners.

Pikowatt

In Pikowatt gemessene Leistungen werden typischerweise in Bezug auf Radio- und Radarempfänger, Akustik und in der Radioastronomie verwendet . Ein Pikowatt ist der internationale Standardreferenzwert für Schallleistung , wenn diese Größe in Dezibel ausgedrückt wird. ^{[ 13 ]}

Nanowatt

Die in Nanowatt gemessene Leistung wird typischerweise auch in Bezug auf Radio- und Radarempfänger verwendet.

Mikrowatt

Die Leistung von Geräten wird typischerweise in Mikrowatt gemessen, beispielsweise in medizinischen Messgeräten wie dem Elektroenzephalographen (EEG) und dem Elektrokardiographen (EKG), in einer Vielzahl wissenschaftlicher und technischer Instrumente sowie bei Radio- und Radarempfängern. Kompakte Solarzellen für Geräte wie Taschenrechner und Uhren werden üblicherweise in Mikrowatt gemessen. ^{[ 14 ]}

Milliwatt

Ein typischer Laserpointer gibt etwa fünf Milliwatt Lichtleistung ab, während ein typisches Hörgerät weniger als ein Milliwatt verbraucht. ^{[ 15 ]} Audiosignale und andere elektronische Signalpegel werden häufig in dBm gemessen , bezogen auf ein Milliwatt.

Watt

Die Leistung von PC- Netzteilen wird typischerweise in Watt angegeben; moderne Grafikkarten haben üblicherweise eine TDP von einigen hundert Watt.

Kilowatt

Das Kilowatt wird üblicherweise verwendet, um die Ausgangsleistung von Motoren und Elektromotoren , Werkzeugen, Maschinen und Heizgeräten anzugeben. Es ist auch eine gängige Einheit zur Angabe der elektromagnetischen Ausgangsleistung von Rundfunk- und Fernsehsendern .

Ein Kilowatt entspricht ungefähr 1,34 PS . Ein kleiner elektrischer Heizlüfter mit einem Heizelement verbraucht etwa 1 Kilowatt. Der durchschnittliche Stromverbrauch eines Haushalts in den Vereinigten Staaten liegt bei etwa 1 Kilowatt. ^{[ ii ]}

Eine Fläche von einem Quadratmeter auf der Erde empfängt typischerweise etwa ein Kilowatt Sonnenlicht von der Sonne (die solare Bestrahlungsstärke ) (an einem klaren Tag mittags, in der Nähe des Äquators). ^{[ 17 ]}

Megawatt

Viele Prozesse und Maschinen erzeugen oder erhalten die Energieumwandlung in diesem Umfang aufrecht, darunter große Elektromotoren; große Kriegsschiffe, Flugzeugträger, Kreuzer und U-Boote; große Serverfarmen oder Rechenzentren ; sowie einige wissenschaftliche Forschungseinrichtungen wie Supercollider und die Ausgangsimpulse von Hochleistungslasern. Ein großes Wohn- oder Geschäftsgebäude kann mehrere Megawatt elektrische Leistung verbrauchen. Moderne, leistungsstarke Elektrolokomotiven im Eisenbahnwesen haben typischerweise eine Spitzenleistung von …5 oder 6 MW , manche produzieren aber deutlich mehr. Der Eurostar e300 beispielsweise verbraucht mehr als12 MW , während schwere dieselelektrische Lokomotiven typischerweise produzieren und nutzen3 und 5 MW . Die Netto-Sommerkapazitäten der US- Kernkraftwerke liegen zwischen etwa500 und 1300 MW . ^{[ 18 ] : 84–101}

Die früheste Erwähnung des Begriffs Megawatt im Oxford English Dictionary ( OED ) findet sich im Webster’s International Dictionary of the English Language von 1900. Laut OED erschien der Begriff Megawatt auch in einem Artikel der Zeitschrift Science vom 28. November 1947 (506:2).

Gigawatt

Ein Gigawatt (GW) entspricht dem durchschnittlichen Jahresstromverbrauch einer Stadt mit 1,8 Millionen Einwohnern und der Leistung eines großen Kraftwerks. Die Einheit GW wird daher für große Kraftwerke, Stromnetze und zunehmend auch für große Rechenzentren verwendet. ^{[ 19 ]} Beispielsweise wurde bis Ende 2010 erwartet, dass die Stromknappheit in der chinesischen Provinz Shanxi auf 5–6 GW ansteigen würde ^{[ 20 ]} , und die installierte Windkraftkapazität in Deutschland betrug 25,8 GW. ^{[ 21 ]} Der größte Block (von insgesamt vier) des belgischen Kernkraftwerks Doel hat eine Spitzenleistung von 1,04 GW. ^{[ 22 ]} Es wurden HGÜ-Umrichter mit Nennleistungen von bis zu 2 GW gebaut. ^{[ 23 ]}

Terawatt

Der weltweite Primärenergieverbrauch der Menschheit betrug 2019 etwa 160.000 Terawattstunden, was einem durchschnittlichen Dauerleistungsverbrauch von 18 TW in diesem Jahr entspricht. ^{[ 24 ]} Die Erde selbst emittiert 47 ± 2 TW ^{[ 25 ]} , weit weniger als die durch Sonneneinstrahlung empfangene Energie. Die leistungsstärksten Laser von Mitte der 1960er bis Mitte der 1990er Jahre erzeugten zwar Terawatt-Leistung, jedoch nur für Nanosekunden . Ein Blitzschlag erreicht im Durchschnitt eine Spitzenleistung von 1 TW, dauert aber nur 30 Mikrosekunden .

Petawatt

Mit der aktuellen Lasergeneration lassen sich Petawatt-Leistungen in der Größenordnung von Pikosekunden erzeugen. Ein Beispiel hierfür ist der Nova-Laser am Lawrence Livermore National Laboratory , der durch ein Verfahren namens Chirped Pulse Amplification (CPA) eine Ausgangsleistung von 1,25 PW erreichte . Die Pulsdauer betrug etwa 0,5  ps , was einer Gesamtenergie von 600 J entsprach. ^{[ 26 ]} Ein weiteres Beispiel ist der Laser for Fast Ignition Experiments (LFEX) am Institute of Laser Engineering (ILE) der Universität Osaka , der eine Ausgangsleistung von 2 PW bei einer Pulsdauer von etwa 1  ps erzielte . ^{[ 27 ] [ 28 ]}

Ausgehend von der durchschnittlichen solaren Gesamtstrahlungsstärke von 1,361 kW/m² ^[ 29 ^{] wird} die Gesamtleistung des auf die Erdatmosphäre treffenden Sonnenlichts auf 174 PW geschätzt. Die durchschnittliche Rate der globalen Erwärmung des Planeten, gemessen als ^{Energieungleichgewicht} der Erde , erreichte bis 2019 etwa 0,5 PW (0,3 % der einfallenden Solarenergie). ^{[ 30 ]}

Yottawatt

Die Strahlungsleistung der Sonne beträgt 382,8 YW, was etwa dem Zweimilliardenfachen der Leistung entspricht, die schätzungsweise die Erdatmosphäre erreicht. ^{[ 31 ]}

In der Elektrizitätswirtschaft bezeichnet Megawatt elektrisch ( MWe ^{[ 32 ]} oder MW _e ) ^{[ 33 ]} üblicherweise die von einem Generator erzeugte elektrische Leistung , während Megawatt thermisch oder thermisches Megawatt ^{[ 34 ]} (MWt, MW _t oder MWth, MW _th ) die vom Kraftwerk erzeugte thermische Leistung und Megawatt mechanisch (MW _m ) die mechanische Leistung bezeichnet . ^{[ 35 ]} Beispielsweise erzeugt das Kernkraftwerk Embalse in Argentinien mithilfe eines Spaltreaktors 2.109 MW _t (Wärme), die zur Dampferzeugung genutzt wird, um eine Turbine anzutreiben, welche wiederum 648 MW _e (elektrische Leistung) erzeugt. Gelegentlich werden auch andere SI-Präfixe verwendet, beispielsweise Gigawatt elektrisch (GW _e ). Das Internationale Büro für Maß und Gewicht (IBM) , das den SI-Standard verwaltet, legt fest, dass zusätzliche Informationen über eine Größe nicht dem Einheitensymbol, sondern dem Größensymbol zugeordnet werden sollten (z. B. P _{_th} = 270 W statt P = 270 W _{_th} ). Daher entsprechen diese Einheitensymbole nicht dem SI-Standard. ^{[ 36 ]} In Übereinstimmung mit dem SI-Standard verwendet das Energieunternehmen Ørsted A/S die Einheit Megawatt für erzeugte elektrische Leistung und die äquivalente Einheit Megajoule pro Sekunde für abgegebene Wärmeleistung in einem Blockheizkraftwerk wie dem Kraftwerk Avedøre . ^{[ 37 ]}

Bei der Beschreibung von Wechselstrom wird zwischen Watt und Voltampere unterschieden . Während diese Einheiten für einfache Widerstandsschaltungen äquivalent sind, unterscheiden sie sich , wenn Lasten elektrische Reaktanz aufweisen .

Radiosender geben die Sendeleistung ihrer Sender üblicherweise in Watt an und beziehen sich dabei auf die effektive Strahlungsleistung . Diese gibt die Leistung an, die eine Halbwellendipolantenne abstrahlen müsste, um die Intensität der Hauptkeule des Senders zu erreichen .

Die Begriffe Leistung und Energie sind eng verwandte, aber unterschiedliche physikalische Größen. Leistung ist die Rate, mit der Energie erzeugt oder verbraucht wird, und wird daher in Einheiten (z. B. Watt) gemessen, die Energie pro Zeiteinheit darstellen .

Wenn beispielsweise eine Glühbirne mit einer Nennleistung von 100 Watt eine Stunde lang eingeschaltet ist, beträgt der Energieverbrauch 100 Wattstunden (Wh), 0,1 Kilowattstunden oder 360  kJ . Dieselbe Energiemenge würde ausreichen, um eine 40-Watt-Glühbirne 2,5 Stunden lang oder eine 50-Watt-Glühbirne 2 Stunden lang leuchten zu lassen.

Kraftwerke werden anhand ihrer Leistung, typischerweise in Megawatt oder Gigawatt, bewertet (beispielsweise hat der Drei-Schluchten-Damm in China eine Leistung von etwa 22 Gigawatt). Dies entspricht der maximalen Leistung, die das Kraftwerk zu jedem Zeitpunkt erbringen kann. Die jährliche Energieproduktion eines Kraftwerks wird jedoch in Energieeinheiten (nicht Leistung), typischerweise Gigawattstunden, erfasst. Die Energieerzeugung oder der Energieverbrauch wird häufig in Terawattstunden für einen bestimmten Zeitraum angegeben, oft ein Kalenderjahr oder ein Geschäftsjahr. Eine Terawattstunde Energie entspricht einer kontinuierlichen Leistungsabgabe von einem Terawatt über eine Stunde oder etwa 114 Megawatt über ein Jahr.

Leistungsabgabe = Energie / Zeit

1 Terawattstunde pro Jahr =1 × 10 ¹²  W·h / (365 Tage × 24 Stunden pro Tag) ≈ 114 Millionen Watt,

entspricht einer konstanten Ausgangsleistung von etwa 114 Megawatt.

Die Wattsekunde ist eine Energieeinheit und entspricht dem Joule . Eine Kilowattstunde entspricht 3.600.000 Wattsekunden.

Watt pro Stunde ist zwar eine Einheit für die Änderungsrate der Leistung mit der Zeit, ^{[ iii ]} aber es ist nicht korrekt, ein Watt (oder eine Wattstunde) als Watt pro Stunde zu bezeichnen. ^{[ 38 ]}

• Futterbilanz (früher bekannt als Wattbilanz)
• Nennleistung (Photovoltaik)
• Ein-Watt-Initiative
• Leistungsfaktor
• Solarkonstante
• Watt-Umrechnungsfaktoren
• Wattmeter

• Medien zu Watt auf Wikimedia Commons
• Die Wörterbuchdefinition von Watt im Wiktionary
• Borvon, Gérard. "Geschichte der elektrischen Einheiten" .
• Nelson, Robert A. (Februar 2000). Das Internationale Einheitensystem: Seine Geschichte und Anwendung in Wissenschaft und Industrie . Via Satellite. ATI-Kurse.