Elektrische Arbeit

Vermittler der elektrischen Arbeit: Elektrisches Feld

Elektrische Energie wird im elektromagnetischen Feld mit Hilfe von elektromagnetischen Wellen transportiert, was wir elektrische Arbeit nennen. Die Richtung und Intensität dieses Energietransports wird durch den Poynting-Vektor beschrieben. Eigentlich müssten wir immer von elektrischer Arbeit sprechen, da es sich um Energie handelt, die die Hand wechselt: Ein System gibt Arbeit ab und ein anderes System erhält diese Arbeit. Im Gegensatz dazu beschreibt das Wort “Energie” die gespeicherte Form.

Elektrische Arbeit oder elektrische Energie?

Bei fast allen elektrischen Phänomenen muss man korrekterweise von elektrischer Arbeit sprechen, bei welcher die Elektrizität nur die Übertragungsform ist, die es z.B. erlaubt, dass ein Kraftwerk seine kinetische Energie in die thermische Energie einer Herdplatte umwandeln kann, die an einem ganz anderen Ort steht.

In gewissen Fällen wird elektrische Arbeit gespeichert, so dass sie als elektrische Energie an einem verbleibt und zu einem späteren Zeitpunkt genutzt werden kann, z.B. in einem Kondensator.

Kondensatoren können beim Aufladevorgang die erhaltene elektrische Arbeit in ihrem elektrischen Feld \(\vec{E}_0\) speichern und diese gespeicherte Energie zu einem späteren Zeitpunkt schnell abgeben. Sie können leider nur sehr geringe Mengen an Energie speichern.

Bei einem Akku ist die Form der Energie eine chemische gebundene Energieform.

Elektrische Arbeit in der Elektrostatik

In der Elektrostatik kann die elektrische Ladung \(Q\) von einem Punkt zu einem anderen verschoben werden, über welchen die elektrische Spannung \(U\) herrscht. Wenn dabei die Spannung zunimmt, hat die Ladung nach der Verschiebung mehr potenzielle Energie als vorher:

\[ W=Q \cdot U \]

Dabei erinnern wir uns daran, dass die elektrische Spannung \(U\) definiert ist als “Energie pro Ladung”.

Elektrische Arbeit als elektrische Leistung über Zeit

Mit der elektrischen Spannung \(U\) und dem elektrischen Strom \(I\) lässt sich die verrichtete elektrische Arbeit pro Zeit berechnen, auch bekannt als elektrische Leistung \(P\) :

\[ P = U \cdot I \]

Dabei ist die elektrische Leistung die Menge an elektrischer Arbeit \(W=\Delta E\), die in der Zeit \(\Delta t\) verrichtet worden ist:

\[ P = \frac{\Delta E}{\Delta t} = \frac{W}{\Delta t} \]

\[ W = P \cdot \Delta t = (U \cdot I) \cdot \Delta t \]