Watt
Abgeleitete SI-Einheit · Größe: Leistung, Energiestrom
01 · Definition
Die Leistung, bei der je Sekunde ein Joule Energie aufgewendet wird. Keine Menge, sondern ein Tempo: das Watt beantwortet die Frage „wie schnell“, nicht „wie viel“.
Der Unterschied zwischen Watt und Wattstunde ist die häufigste Verwechslung in der häuslichen Energiewelt. Ein Wasserkocher mit zweitausend Watt „enthält“ keine Energie, er verbraucht sie mit einer bestimmten Geschwindigkeit; wie viel verbraucht wurde, zeigt der Zähler in Kilowattstunden. Dieselbe Arbeit lässt sich schnell mit großer Leistung oder langsam mit kleiner verrichten: einen Liter Wasser bringt der Kocher in drei Minuten zum Sieden und ein schwacher Tauchsieder in einer halben Stunde, und die Energie ist dieselbe. Daraus die Regel: die Leistung bestimmt die Zeit, die Energie bestimmt die Rechnung.
Die Leistung eines Geräts sagt, wie schnell die Energie fließt; der Zähler zählt, wie viel davon zusammengekommen ist. Darum leuchten eine LED-Lampe mit acht Watt und eine Glühlampe mit sechzig gleich hell, ergeben aber im Monat verschiedene Zahlen auf der Rechnung. Aus demselben Grund gibt man die Kapazität eines Akkus in Wattstunden an und nicht in Watt: die Batterie speichert eine Menge und gibt sie mit der Geschwindigkeit ab, die der Verbraucher verlangt.
02 · Umrechnung
Watt, Pferdestärken, Kalorien je Stunde
Pferdestärken gibt es zwei: die metrische mit siebenhundertfünfunddreißigeinhalb Watt und die britische mit siebenhundertsechsundvierzig. Der Unterschied beträgt etwa anderthalb Prozent, und in Fahrzeugangaben fällt er auf.
James Watt leitete die Pferdestärke aus der Beobachtung von Pferden in einer Brauerei ab: er nahm an, ein Pferd hebe dreiunddreißigtausend Pfund um einen Fuß in einer Minute, und verkaufte Dampfmaschinen im Vergleich zu dieser Zahl. Das Maß erwies sich als großzügig — ein wirkliches Pferd hält so viel nicht lange durch. Die metrische Pferdestärke entstand später als fünfundsiebzig Kilogrammmeter je Sekunde und stimmt mit der britischen nicht überein.
| Einheit | Name | Wert | Wo es vorkommt |
|---|---|---|---|
| W | Watt, SI-Einheit | 1 | Haushalt und Wissenschaft |
| kW | Kilowatt | 0,001 | Motoren, Heizung |
| MW | Megawatt | 1·10⁻⁶ | Industrie, Kraftwerke |
| GW | Gigawatt | 1·10⁻⁹ | Kraftwerksblöcke, Netze |
| mW | Milliwatt | 1000 | Elektronik, Laser |
| J/s | Joule je Sekunde | 1 | dasselbe wie das Watt |
| PS | metrische Pferdestärke | 0,0014 | Fahrzeugpapiere in Europa |
| hp | britische Pferdestärke | 0,0013 | englischsprachige Technik |
| kcal/h | Kilokalorie je Stunde | 0,8598 | Wärmeleistung von Kesseln |
| BTU/h | britische Wärmeeinheit je Stunde | 3,41 | Klimageräte und Heizer |
| kp·m/s | Kilopondmeter je Sekunde | 0,102 | ältere mechanische Rechnungen |
| erg/s | Erg je Sekunde, CGS-System | 1·10⁷ | Astrophysik, Leuchtkräfte |
Joule je Sekunde und Watt sind dasselbe. Der Strom ist für eine ohmsche Last bei einem Leistungsfaktor von eins gerechnet; bei Motoren und Schaltnetzteilen fällt er höher aus
03 · Größenordnungen
von der Armbanduhr bis zur Leuchtkraft der SonneEin Watt — ein Ladegerät im Leerlauf
04 · Messgeräte
Womit man Leistung misst
Das elektrodynamische Gerät multipliziert Strom und Spannung mechanisch: die eine Spule liegt in der Unterbrechung des Kreises, die andere parallel zur Last. Der Zeiger zeigt sogleich die Wirkleistung und berücksichtigt die Phasenverschiebung ohne jede Korrektur.
Der Motor wird mit einer Bremse belastet, Drehmoment an der Welle und Drehzahl werden gemessen und multipliziert — heraus kommt die Leistung. Genau so entstehen die Zahlen in den Fahrzeugpapieren; auf dem Rollenprüfstand kommen die Verluste des Antriebsstrangs hinzu, und das Ergebnis fällt unter den Werkswert.
Eine Thermosäule mit geschwärzter Fläche nimmt den Strahl vollständig auf und gibt eine Spannung ab, die dem Wärmestrom proportional ist. Der Bereich reicht von den Milliwatt eines Laborlasers bis zu den Kilowatt des industriellen Schneidens.
Unter einer Glaskuppel vergleicht eine Thermobatterie die Erwärmung einer schwarzen und einer weißen Fläche und liefert die Stromdichte in Watt je Quadratmeter. An einem klaren Mittag zeigt das Gerät etwa tausend — und genau das ist die Grenze für jedes Solarmodul darunter.
05 · Schreibregeln
Großes W ohne Punkt
Das Zeichen ist von einem Familiennamen abgeleitet und daher groß; das Wort selbst steht als Substantiv ohnehin groß: das Watt, aber W. Der Vorsatz kilo wird klein, mega und giga groß geschrieben. Das russische Zeichen ist Вт.
Das dritte Beispiel verwechselt Leistung mit Energie: verbrauchen lassen sich Kilowattstunden, das Kilowatt dagegen ist die Geschwindigkeit des Verbrauchs. Die Wattstunde schreibt man mit Multiplikationspunkt und mit Abstand zur Zahl. Pferdestärken sind in technischen Unterlagen nicht empfohlen, bleiben in Fahrzeugpapieren jedoch erhalten: in vielen Ländern wird die Steuer nach ihnen berechnet, und im Schein stehen beide Zahlen.
06 · Benachbarte Einheiten
Das Joule durch die Sekunde geteilt ergibt das Watt; das Watt mit einer Stunde multipliziert gibt die Energie zurück. Das Voltampere hat dieselbe Dimension, ist aber eine andere Größe.
In den benachbarten Datenblättern von Simetrium: Joule als Energie und Kilowattstunde als deren Alltagseinheit, Voltampere und var für die Leistung des Wechselstroms, Pferdestärke für die Technik und Lumen — der Lichtstrom, den man oft mit der elektrischen Leistung einer Lampe verwechselt.
07 · Historischer Teil
Wie man lernte, die Maschine mit dem Pferd zu vergleichen
James Watt musste den Käufern erklären, wie viele Pferde seine Maschine ersetzen würde. Er maß die Arbeit von Pferden am Göpel und setzte die Pferdestärke fest — dreiunddreißigtausend Fußpfund je Minute, mit einem Zuschlag zugunsten des Käufers.
Kontinentaleuropa übertrug dieselbe Idee in seine eigenen Einheiten: fünfundsiebzig Kilogrammmeter je Sekunde. Die Zahl fiel anders aus, der Name blieb derselbe, und seither bestehen in Motorangaben zwei Pferdestärken nebeneinander.
Der Internationale Elektrikerkongress legte das Watt für die elektrische Leistung fest und benannte es nach Watt. So gab der Erfinder der Dampfmaschine der Einheit den Namen, mit der man Glühlampen und Transformatoren misst.
Jahrzehntelang wählte der Käufer die Lampe nach Watt und war gewohnt, dass sechzig die vertraute Helligkeit bedeutet. Mit den Leuchtdioden zerfiel dieser Zusammenhang: dasselbe Licht liefern acht Watt, und auf der Packung mussten Lumen gedruckt werden.
Das Watt wurde die Einheit, über die das Kilogramm definiert ist
Die Leistung galt lange als rein angewandte Größe, bis sie sich im Fundament der Massemetrologie wiederfand. Die Wattwaage, von Bryan Kibble im Jahr fünfundsiebzig ersonnen, hält das Gewicht eines Massestücks mit der Kraft auf eine Spule im Magnetfeld im Gleichgewicht und vergleicht in zwei Messbetrieben die mechanische Leistung mit der elektrischen. Die elektrische wird dabei über die Quanteneffekte von Josephson und Hall ausgedrückt, also über die Planck-Konstante. Nach der Revision des Systems im Jahr zweitausendneunzehn wurde die Konstante als Zahl festgelegt, und die Waage arbeitet seither umgekehrt: sie misst das Kilogramm nicht mehr, sondern stellt es dar. Das Gerät heißt seitdem Kibble-Waage, das Prinzip blieb dasselbe — die Gleichheit zweier Leistungen, der mechanischen und der elektrischen, ausgedrückt in denselben Watt.
Katalog · Maßeinheiten
Ein Datenblatt für jede Größe
Sieben SI-Basiseinheiten, zweiundzwanzig abgeleitete mit eigenem Namen und die Nicht-SI-Einheiten, ohne die weder Technik noch Alltag auskommen. Jede ein eigenes Blatt: Definition, Umrechnung, Messgeräte, Schreibregeln. In 14 Sprachen.
Abgeleitete SI-Einheiten mit eigenem Namen
Datenblatt des Watt geöffnetSI-Basiseinheiten
in Terrakotta — Kilogramm, Meter und Sekunde, aus denen das Watt zusammengesetzt istNicht-SI-Einheiten
in Terrakotta — Einheiten der Leistung und der EnergieSprache des Datenblatts
14 Sprachen. Das Zeichen W ist international, das gewohnte Maß der Motorleistung dagegen nicht: metrische Pferdestärken in Europa, britische in den USA, Kilowatt in den Papieren.