Elektrische Leistung

Ob ein Widerstand nur handwarm wird oder sich verfärbt, ob ein Netzteil ausreicht und wie lange ein Akku hält – all das hängt an der elektrischen Leistung. Sie sagt, wie viel Energie pro Sekunde umgesetzt wird: in Licht, Bewegung oder, in der Elektronik meistens, in Wärme.

Die Formel

Die Leistung ist das Produkt aus Spannung und Strom:

Ihre Einheit ist das Watt (W), benannt nach James Watt. Es gilt 1 W = 1 V · 1 A. Physikalisch ist ein Watt ein Joule Energie pro Sekunde – die Leistung beschreibt also, wie schnell Arbeit verrichtet wird.

In der Elektronik begegnen dir vor allem Milliwatt (1 mW = 0,001 W) bei Signalen und Kleinbauteilen, in der Energietechnik Kilowatt und Megawatt. Die alte Einheit Pferdestärke ist seit 1978 nicht mehr zulässig; falls du sie noch umrechnen musst: 1 PS ≈ 735,5 W. Auf Trafos und USV-Anlagen steht oft VA (Voltampere) statt Watt – das ist die Scheinleistung, die nur bei rein ohmscher Last mit der Wirkleistung in Watt übereinstimmt (siehe unten).

Setzt du das Ohmsche Gesetz ein, erhältst du zwei weitere Formen, die du bei Widerständen ständig brauchst:

Welche Form du nimmst, hängt davon ab, was du kennst: Bei einem Widerstand in Reihe mit anderen Bauteilen ist meist der Strom bekannt, bei einem Widerstand direkt an einer Spannungsquelle die Spannung.

Verfügbare Leistung und Nennleistung

Bei einer Quelle unterscheidest du zwei Angaben. Die verfügbare Leistung ist, was sie höchstens hergeben kann – ein Labornetzteil für 24 V und 3 A schafft maximal 72 W, aber nur, wenn du die vollen 24 V einstellst. Bei 5 V Ausgangsspannung bleibt es bei 3 A, also 15 W. Die Nennleistung eines Verbrauchers ist dagegen, was er im normalen Betrieb aufnimmt. Beim Einschalten kann sie kurzzeitig deutlich höher liegen, etwa bei einer kalten Glühlampe oder einem anlaufenden Motor.

Belastbarkeit von Bauteilen

Jeder Widerstand wandelt die gesamte aufgenommene Leistung in Wärme um – diese in Wärme umgesetzte Leistung heißt Verlustleistung. Wie viel er abgeben kann, ohne zu heiß zu werden, steht als Nennbelastbarkeit im Datenblatt: typisch 0,25 W für bedrahtete Kohleschicht-Widerstände, 0,1 W für SMD-0603 oder 0,125 W bis 0,25 W für 0805 und 1206.

Die Nennbelastbarkeit gilt nur bis zu einer bestimmten Umgebungstemperatur, meist 70 °C. Darüber muss man sie reduzieren (Derating), bis sie bei der Höchsttemperatur des Bauteils null erreicht. In der Praxis legst du Widerstände so aus, dass sie höchstens etwa die Hälfte ihrer Nennleistung umsetzen – dann bleiben sie kühler und altern langsamer.

Leistung in Schaltungen

Die Gesamtleistung, die eine Quelle abgibt, verteilt sich auf alle Verbraucher – sie addiert sich, egal ob die Bauteile in Reihe oder parallel liegen:

In einer Reihenschaltung setzt der größte Widerstand die meiste Leistung um (gleicher Strom, größte Spannung), in einer Parallelschaltung der kleinste (gleiche Spannung, größter Strom).

Beim Netzteil rechnest du umgekehrt: Addiere die Leistungen aller Verbraucher, schlage eine Reserve von 20 % bis 30 % auf und berücksichtige den Wirkungsgrad von Spannungsreglern. Ein Linearregler, der 12 V auf 5 V bei 0,5 A herunterregelt, verheizt selbst (12 V - 5 V) · 0,5 A = 3,5 W – mehr als die Last nutzt.

Leistung bei Wechselspannung

Bei Wechselspannung rechnest du mit den Effektivwerten: Eine Glühlampe an 230 V Wechselspannung setzt dieselbe Leistung um wie an 230 V Gleichspannung. Sobald Spulen oder Kondensatoren im Spiel sind, verschieben sich Strom und Spannung gegeneinander. Dann unterscheidet man die Wirkleistung P in W, die tatsächlich in Wärme, Licht oder Bewegung umgesetzt wird, die Blindleistung Q in var, die nur zwischen Quelle und Verbraucher hin- und herpendelt, und die Scheinleistung S in VA als Produkt der Effektivwerte von Spannung und Strom – das erklärt Wirk-, Blind- und Scheinleistung. Wie man Leistung misst, steht unter Leistung messen.

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