Ratgeber Energieeinheiten: Symbol-Erklärung und Umrechnung

Die Energie ist eine physikalische Größe, die in allen Teilgebieten der Physik sowie in der Biologie, Chemie, Technik und Wirtschaft vorkommt. Demnach gibt es unterschiedliche Energiearten wie die thermische Energie (Wärme), mechanische Energie und elektrische Energie – um nur einige Beispiele zu nennen. Jede dieser Energiearten kommt mit einer Einheit daher, zum Beispiel Joule, Newtonmeter oder Kilowatt. Weil diese sogenannten Energieeinheiten gleichwertig sind, ergeben sich vielfältige Möglichkeiten, wie sich Energieeinheiten umrechnen lassen.

Wer beim Thema Energieeinheiten mitreden möchte, muss wissen, was Energie ist. Energie ist eine Zustandsgröße, die sogenannten Energieträger (zum Beispiel Körper wie Holz, elektrische oder magnetische Felder) kennzeichnet und von einer Prozessgröße abgegrenzt wird.

Als Energie wird die Fähigkeit,

• mechanische Arbeit zu leisten,
• Wärme abzugeben oder
• Licht auszustrahlen, bezeichnet.

Das Formelzeichen für die Energie ist ein groß und kursiv geschriebenes E.

Energie geht nicht verloren. Sie tritt in verschiedenen Formen auf. Energie lässt sich übertragen und auch von einer Energieform in eine andere und wieder zurück umwandeln. Jede Energieform hat daher ihre spezifische Energieeinheit.

Zu den bekanntesten Energieeinheiten zählen heute Joule und Watt: Joule (J) steht für Energie, Arbeit und eine Wärmemenge, Watt (W) hingegen für Leistung, Energie- und Wärmestrom. Umgerechnet werden diese Einheiten wie folgt:

1 Joule (J) = 1 Newtonmeter (Nm) = 1 Wattsekunde (Ws)

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Physikalische und andere Einheiten werden international geregelt, um Missverständnissen vorzubeugen und standardisierte Internationalität zu gewährleisten.

Das sogenannte Internationale Einheitensystem beziehungsweise SI (nach dem französischen Ausdruck: "Système international d’unités") ist das bekannteste und verbreitetste Einheitensystem für physikalische Größen.

Das SI schreibt bestimmten Größen spezifische physikalische Einheiten zu. Es fußt auf sieben Basiseinheiten zu entsprechenden Basisgrößen, die nach praktischen Aspekten ausgewählt und definiert werden.

Zur Abgrenzung von anderen Einheitensystemen gibt man die Einheiten des Internationalen Einheitssystems als sogenannte SI-Einheit an. In der Bundesrepublik Deutschland ist die Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB) dafür zuständig, das SI national umzusetzen.

EU-weit hat man die Verwendung von Einheiten in der EG-Richtlinie 80/181/EWG vereinheitlicht. Die Staaten der EU, die Schweiz und die meisten anderen Staaten schreiben die Benutzung des SI im amtlichen oder geschäftlichen Verkehr gesetzlich vor. Die Richtlinie 2009/3/EG gestattet die Verwendung zusätzlicher Angaben in der EU für unbefristete Zeit, insbesondere deshalb, um Exporte von Waren in Drittländer nicht zu behindern. Viele Staaten haben nationale Gesetze, die bestimmte Ausnahmen von den SI-Regelungen gestatten.

Die Einheitenzeichen nicht zusammengesetzter Einheiten sind international vereinheitlicht worden. Folgende Schreibweisen sind unter anderem geregelt:

• Ganz gleich, wie der umgebende Text formatiert ist, werden Energieeinheiten in aufrechter Schrift geschrieben.
• Energieeinheiten werden klein geschrieben – Ausnahme: Ist die Energieeinheit nach einer Person benannt (siehe Joule weiter unten), schreibt man den ersten Buchstaben groß.
• Ein sogenanntes SI-Präfix, zum Beispiel „Kilo“ oder „Milli“ als Ausdruck des dezimalen Vielfachen oder Teils, schreibt man in der Regel direkt vor das Einheitenzeichen.
• Zwischen Zahlenwert und Energieeinheitenzeichen kommt in der Regel ein Leerzeichen.

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Es gibt eine ganze Reihe von Energieeinheiten, die heutzutage gängig sind. Nachfolgende Liste bietet einen Überblick:

– so heißt eine der wohl bekanntesten Energieeinheiten. Benannt wurde sie nach dem britischen Physiker, Autodidakten und Besitzer einer Brauerei James Prescott Joule (1818 bis 1889).

1 Joule, das entspricht der Energiemenge, die Sie brauchen, um für eine Sekunde eine Leistung von einem Watt zu verrichten. 1 Joule entspricht demzufolge einer Wattsekunde. Ein konkreteres Beispiel kommt hier: 1 Joule entspricht der Energie, die aufgewendet werden muss, um einem Apfel mit einem Gewicht von 100 Gramm (g) auf der Erde auf eine Höhe von einem Meter (m) anzuheben.

als Einheit für die elektrische Leistung P_elek und somit eine Leistungseinheit lässt sich in die Energieeinheit Joule umwandeln, indem man sie mit Sekunde (s), Stunde (h) oder Jahr (a) malnimmt.

1 W = 1 J/s und 1 J = 1 Ws

Eine dritte bekannte Energieeinheit ist der Newtonmeter (Nm). Ein Newtonmeter ist die SI-Einheit für die vektorielle Größe Drehmoment (Torsion).

Als das Drehmoment bezeichnet man die Kraft, welche etwas in Drehung versetzen kann. 1 Newtonmeter wirkt dann, wenn eine Kraft von 1 Newton an einem Hebelarm von 1m Länge wirkt.

Außerdem ist 1 Nm = 1 Joule. Dabei werden zwei grundsätzlich verschiedene Dinge, Drehmoment und Energie, mit Newton mal Meter berechnet.

Zwischen den Einheiten bestehen also folgende Zusammenhänge. So entspricht:

• ein Joule einem Nm: 1 J = 1N mal 1 M
• eine Kilowattstunde (kWh) 3,6 Megajoule (MJ): 1 kWh = 3,6 mal 10⁶ J = 3,6 MJ
• eine Kilowattstunde (kWh) 1 mal 10³ mal 3.600 Wattsekunden bzw. 3,6 mal 10⁶ Joule

Wissen sollten Sie auch, dass die Energieeinheit Kilokalorien, umgangssprachlich auch nur „Kalorien“ genannt, veraltet ist. Sie kommt heute nur noch zum Beziffern des Brennwerts von Lebensmitteln zur Anwendung. Der Brennwert eines Lebensmittels gibt an, wieviel Energie der menschliche Körper durch Verstoffwechselung daraus gewinnen kann.

Es gilt: Eine Kilokalorie (kcal) entspricht 4,186 mal 10^{3 Joule.}

* Referenzmenge für einen durchschnittlichen Erwachsenen (8400 kJ / 2000 kcal)

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Die Energieeinheiten lassen sich nach den oben aufgezeigten Zusammenhängen ineinander umrechnen. Das ist praktisch, wenn Sie beispielsweise Energiemengen beziffern wollen, die Sie beim Heizen oder Autofahren verbrauchen.

Die Energieeinheiten von Brennstoffen beispielsweise zeigt diese Tabelle:

Zum Umrechnen von Energieeinheiten müssen Sie verschiedene Umrechnungsfaktoren kennen:

Einen Überblick über die Umrechnung von Energieeinheiten bietet Ihnen die Liste:

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