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Ratgeber Energieeinheiten: Symbol-Erklärung und Umrechnung

Welche Energieeinheiten gibt es? Was sind SI-Einheiten für Energie? Wie kann man sie umrechnen?

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.

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Definition von Energie und ihren Einheiten

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)

Internationen Einheiten-Regelung von Energie

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

SI – Internationales Einheitensystem für physikalische Größen

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

Die SI-Basiseinheiten und deren gegenseitige Abhängigkeiten durch die im Jahr 2012 gültigen Definitionen (Pfeil in Richtung der abhängigen Einheit) (Grafik: energie-experten.org)
Die SI-Basiseinheiten und deren gegenseitige Abhängigkeiten durch die im Jahr 2012 gültigen Definitionen (Pfeil in Richtung der abhängigen Einheit) (Grafik: energie-experten.org)

Expertenwissen: Beim SI handelt es sich um ein sogenanntes metrisches (Einheiten)System, denn ihm dient die Maßeinheit Meter (als der zehnmillionste Teil des Erdmeridianquadranten) als eine sogenannte Basiseinheit. Das SI ist zudem dezimal strukturiert, denn die Bruchteile oder Vielfachen einzelner Basiseinheiten variieren stets um ganze Zehnerpotenzen. Darüber hinaus gilt das SI als ein sogenanntes kohärentes Einheitensystem: Jede Einheit, die abgeleitet wird, ist ein sogenanntes Potenzprodukt der Basiseinheiten ohne weitere numerische Faktoren.

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.

Grundregeln zur Schreibweise von Energieeinheiten

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.
Tabelle 1: SI-Präfixe im Internationalen Einheitensystem (Quelle: wikipedia.org)
Symbol Name Ursprung Wert
Y Yotta ital. otto = acht 1024 1.000.000.000.000.000.000.000.000 Quadrillion
Z Zetta ital. sette = sieben 1021 1.000.000.000.000.000.000.000 Trilliarde
E Exa gr. héx = sechs 1018 1.000.000.000.000.000.000 Trillion
P Peta gr. petannýnai = alles umfassen / gr. pénte = fünf 1015 1.000.000.000.000.000 Billiarde
T Tera gr. téras = Ungeheuer / gr. tetrákis = viermal 1012 1.000.000.000.000 Billion
G Giga gr. gígas = Riese 109 1.000.000.000 Milliarde
M Mega gr. méga = groß 106 1.000.000 Million
k Kilo gr. chílioi = tausend 103 1.000 Tausend
h Hekto gr. hekatón = hundert 102 100 Hundert
da Deka gr. déka = zehn 101 10 Zehn
100 1 Eins
d Dezi lat. decimus = Zehnter 10−1 0,1 Zehntel
c Zenti lat. centum = hundert 10−2 0,01 Hundertstel
m Milli lat. mille = tausend 10−3 0,001 Tausendstel
μ Mikro gr. mikrós = klein 10−6 0,000.001 Millionstel
n Nano gr. nános = Zwerg 10−9 0,000.000.001 Milliardstel
p Piko span. pico = Spitze / ital. piccolo = klein 10−12 0,000.000.000.001 Billionstel
f Femto skand. femton/femten = fünfzehn 10−15 0,000.000.000.000.001 Billiardstel
a Atto skand. arton/atten = achtzehn 10−18 0,000.000.000.000.000.001 Trillionstel
z Zepto lat. septem = sieben 10−21 0,000.000.000.000.000.000.001 Trilliardstel
y Yokto gr. oktṓ = acht 10−24 0,000.000.000.000.000.000.000.001 Quadrillionstel

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Die wichtigsten Energiearten und ihre Energieeinheiten

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

Tabelle 2: Übersicht über die gebräuchlichsten Energieeinheiten
Einheit Bezeichnung
J Joule
cal Kalorie
Wh Wattstunde
(kg) SKE (Kilogramm) Steinkohleeinheit
(kg) RÖE (Kilogramm) Rohöleinheit
oe oder OE Oil Equivalent
m3 Erdgas Kubikmeter Erdgas
BTU British Thermal Unit
kpm Kilopondmeter
erg erg
eV Elektronenvolt

Joule (J) für Energie, Arbeit, Wärmemenge

– 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.

Watt (W) für Leistung, Energiestrom, Wärmestrom

als Einheit für die elektrische Leistung Pelek 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

Expertenwissen: Als Jahr wird hier das sogenannte Gregorianische Jahr mit 1 a = 365,2425 Zage (d) = 31.556.952 s als Zeiteinheit verwendet. Demzufolge ergibt sich beispielsweise die Energieeinheit Megawattjahr mit 1 MWa = 31,557952 TJ [Terajoule].

Newtonmeter (Nm) als Drehmomentgröße und Umrechnungseinheit

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

Veraltet: Die Energieeinheit Kilokalorien

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 103 Joule.

Tabelle 3: Kilojoule und Kilokalorienangabe auf einem Schokoriegel Kinder Country
Einheit Durchschnitt je 100 g je Riegel (23,5 g) % *je Riegel (23,5 g)
Energie (kJ / kcal) 2342 / 561 549 / 132 7%

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

Tabelle 4: Umrechnung von Nährstoffeinheiten in Energieeinheiten
Nährstoffeinheit Energieeinheit
1 g Fett 37 kJ (9 kcal)
1 g Kohlenhydrate 17 kJ (4 kcal)
1 g Protein 17 kJ (4 kcal)
1 g Alkohol (Ethanol) 29 kJ (7 kcal)
1g Mehrwertige Alkohole (Polyole) 10 kJ (2,4 kcal)
1 g Ballaststoffe 8 kJ (2 kcal)

Umrechnung von Energieeinheiten

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:

Tabelle 5: Umrechnung der wichtigsten Energieeinheiten von Brennstoffen von Megajoul in Kilowattstunden
Brennstoff Megajoule [MJ] Kilowattstunden
Rohöl 37 MJ/l = 10,3 kWh/l = 10,3 kWh/l
Benzin 31 MJ/l = 8,6 kWh/l (Super, typischer Wert bei 15 °C)
Diesel 35,6 MJ/l = 9,9 kWh/l (typischer Wert bei 15 °C)
Erdgas 38 MJ/m³ (Dichte: 1,819 kg/m³) = 10,5 kWh/m³
Kohle 29,3 MJ/kg = 8,1 kWh/kg
Brennholz 15,8 MJ/kg = 4,4 kWh/kg
Wasserstoff 140 MJ/kg = 38,9 kWh/kg
Bioethanol 21,6 MJ/l = 6 kWh/l

Zum Umrechnen von Energieeinheiten müssen Sie verschiedene Umrechnungsfaktoren kennen:

Tabelle 6: Umrechnungsfaktoren verschiedener Energieinheiten
Energieeinheit kJ kcal kWh kg SKE kg RÖE m³ Erdgas
1 kJ 1 0,2388 0,000278 0,000034 0,000024 0,000032
1 kcal 4,1868 1 0,001163 0,000143 0,0001 0,00013
1 kWh 3 600 860 1 0,123 0,086 0,113
1 kg SKE 29 308 7 000 8,14 1 0,7 0,923
1 kg RÖE 41 868 10 000 11,63 1,428 1 1,319
1 m³ Erdgas 31 736 7 580 8,816 1,083 0,758 1

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

Tabelle 7: Übersicht über die Umrechnung der wichtigsten Energieeinheiten
Einheit Umrechnung in kJ bzw. kWh
J 1 000 J = 1 000 Ws = 1 kJ
cal 1 000 cal = 1 kcal = 4,186 kJ
Wh 1 Wh = 3,6 kJ
(kg) SKE 1 kg SKE = 29 308 kJ
(kg) RÖE 1 kg RÖE = 41 868 kJ
oe oder OE 1 (kg) oe = 41 868 kJ
m³ Erdgas 1 m³ Erdgas = 31 736 kJ
BTU 1 BTU = 0,000293071 kWh = 1,05506 kJ
kpm 1 kpm = 2,72·10-6 kWh = 0,00980665 kJ
erg 1 erg = 2,78·10-14 kWh = 1·10-10 kJ
eV 1 eV = 1,60217733·10-19 J = 1,60217733·10-22 kJ

Expertenwissen: Wenn Ihnen das händische Umrechnen von Energieeinheiten zu mühsam ist, finden Sie im Internet eine ganze Reihe Online-Umrechner dafür, zum Beispiel von der Arbeitsgemeinschaft Energiebilanzen e.V. Dort geben Sie die entsprechenden Ausgangs-Energieeinheiten ein und erhalten die gewünschten Ziel-Energieeinheiten.

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"Energieeinheiten: Symbol-Erklärung & Umrechnung" wurde am 28.05.2019 das letzte Mal aktualisiert.