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1 Joule - die Energieeinheit einfach erklärt

1 Joule - die Energieeinheit einfach erklärt2:39
Video von Galina Schlundt2:39

Energien werden in der Einheit "Joule" gemessen. Aber wie ist diese Einheit definiert und ist "1 Joule" viel oder wenig Energie?

Was Sie benötigen:

  • eigentlich nur Zeit und Geduld
  • sowie geringe Kenntnisse der Physik

Joule - Energie und Energieeinheit einfach erklärt

  • Auch wenn der Begriff "Energie" im Alltag in vielfältiger Weise benutzt wird, hat er in den Naturwissenschaften, speziell in der Physik, eine festgelegte Bedeutung: Ein System hat dann Energie, wenn es Arbeit verrichten kann, egal ob dies elektrische, mechanische oder gar chemische Arbeit ist.
  • Ein möglicher Zugang zu der Energieeinheit "Joule" stellt die mechanische Arbeit dar. Sie wird als Kraft entlang eines Weges geleistet, beispielsweise beim Beschleunigen eines Autos oder beim Ziehen eines Schlittens. Vielen Schülern ist dies als "Arbeit = Kraft mal Weg" bekannt.
  • Die Einheit der Energie, das Joule, ergibt sich aus der geleisteten Arbeit als Produkt aus der Einheit der Kraft (dem Newton) und der Einheit des Weges (dem Meter).
  • In Formeln: 1 Joule = 1 Newton x 1 Meter bzw. in abgekürzter Schreibweise  J =  N x m bzw. J = Nm (sprich: Joule = Newtonmeter).

Übrigens: Die Einheit "Joule" wurde, wie bei anderen Einheiten wie Newton oder Volt auch, dem englischen Physiker James Prescott Joule zu Ehren benannt, der sich im 19. Jahrhundert in der Wärmelehre mit der inneren Energie von Gasen beschäftigte und so Grundlagen für die Verflüssigung von Gasen lieferte.

Neben dem klassischen Joule gibt es natürlich auch das kJ = 1000 J sowie das MJ = 1 Mio. J.

Die Einheit Joule in der Elektrizitätslehre

  • Wie gezeigt, gelingt die Herleitung der Energieeinheit "Joule" relativ einfach über die geleistete mechanische Arbeit.
  • Wie jedoch gestalten sich die Zusammenhänge mit der elektrischen Arbeit, beispielsweise einer Stromquelle?
  • Die elektrische Leistung dieser Stromquelle errechnet sich zu: Leistung P = Strom I x Spannung U und hat die bekannte Einheit "Watt". 
  • Die elektrische Energie, die von dieser Stromquelle abgegeben wird, ist Energie E = Leistung P x Zeit t und hat entsprechend die Einheit Wattsekunde (abgekürzt: Ws).
  • Im internationalen (und stimmigen) Einheitensystem ist 1 Wattsekunde gleichzeitig 1 Joule und damit 1 Newtonmeter. Umrechnungen sind hier also nicht nötig (abgekürzt: 1 Ws = 1 J = 1 Nm). Dies erlaubt auch das Umrechnen von mechanischer Arbeit in elektrische Arbeit (und umgekehrt).
  • Die (aus Stromrechnungen) bekannte Einheit "Kilowattstunde" (abgekürzt kWh) lässt sich ebenfalls in "Joule" umrechnen, wenn Sie bedenken, dass 1 kW = 1000 W und 1 h = 3600 s sind: 1 kWh = 3,6 Mio. J.

Ist eine Energie von "1 Joule" eigentlich viel?

Für Meter, Sekunde und Kilogramm haben Sie im Alltag ein gutes Gefühl entwickelt. Aber ist "1 Joule", eine Energie, die Sie ja nicht direkt sehen können, eigentlich viel oder wenig?

  • Schon die Umrechnung 1 kWh = 3,6 Mio. J zeigt, dass das Joule keine wirklich große Energie sein kann.
  • Und eine mechanische Rechnung zum Vergleich belegt dies: Eine Tafel Schokolade (100 g) wird von der Erde mit einer Kraft von etwa 1 N angezogen. Wenn Sie nun diese Tafel Schokolade um 1 Meter anheben (was ja nun wirklich keine großartige Arbeit darstellt), dann haben Sie 1 Joule Energie aufgewendet.

Übrigens: Aus der Wärmelehre (und bei Diätfanatikern) ist noch die Einheit "Kalorie" bzw. "Kilokalorie" bekannt, die früher genutzt wurde. Auch hier gibt es einen einfachen Umrechnungszusammenhang: 1 Kalorie = 4,18 Joule (1 cal = 4,18 J).

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