Joule

Joule: Definition

Energie tritt in verschiedenen Formen wie mechanische Energie, elektrische, thermische und chemische Energie auf. Die Einheit Joule gibt diese Energieformen, folglich auch Arbeit, Wärme- und Strommenge, an. Benannt ist sie nach dem britischen Physiker James Prescott Joule. Als abgeleitete Einheit findet sie durch verschiedene Basiseinheiten wie Meter, Kilogramm und Sekunde Ausdruck. Joule bezeichnet etwa die notwendige Arbeit, eine Kraft von einem Newton um einen Meter zu bewegen, oder den Energieaufwand, um eine Sekunde lang einen Watt Leistung zu verrichten. Deshalb sind auch die Namen Newtonmeter und Wattsekunde für Joule möglich. Joule löste die Kalorie als Einheit für die Angabe des Brennwerts von Nahrungsmitteln ab. Innerhalb der EU geben die Packungskennzeichnungen den physiologischen Brennwert von Lebensmitteln in Kilojoule pro 100 Gramm an. J ist das Einheitszeichen für Joule.

Praktische Beispiele: Für diese Arbeit ist ein Joule nötig

Weil Joule eine abgeleitete Einheit ist, können viele Beispiele sie ausdrücken. So ist in jedem der nachfolgenden Szenarien ein Joule notwendig:

• eine Tafel Schokolade einen Meter hochheben
• eine Zwei-Kilo-Hantel aus dem Ruhestand in eine Geschwindigkeit von einem Meter pro Sekunde zu versetzen
• eine kleine LED-Leuchte (ein Watt) eine Sekunde lang leuchten lassen

Elektrische Energie und Wärmeenergie

Weil Joule die Einheit für alle Energieformen ist, lassen sich diese mit ihrer Hilfe leicht ineinander umrechnen. Das ist sehr praktisch, etwa wenn man elektrische Energie in Wärmeenergie umrechnen möchte. Da ein Joule schon reicht, um zum Beispiel den Motor eines Spielzeugs anzutreiben, sind im Alltag die Größen Kilojoule (KJ) und Megajoule (MJ) gebräuchlicher. Zur Veranschaulichung:

• Um eine halbvolle Badewanne aufzuheizen sind 10.000 KJ nötig.
• Ein Kilo Rohöl hat einen Brennwert von 41,868 MJ.
• Ein Radfahrer mit 70 Kilogramm Körpergewicht verbraucht 1.500 KJ wenn er 30 Minuten schnell in die Pedale tritt.

Kilowattstunde

Kilowattstunde (kWh) ist die im Alltag gebräuchliche Einheit, um Energie anzugeben. Dabei gibt die Einheit Watt jene Leistung an, die nötig ist, um eine Arbeit von einem Joule eine Sekunde lang zu verrichten. Besonders bei den Angaben von Strom und festen wie flüssigen Brennstoffen findet die Kilowattstunde Verwendung. Heizungsbauer nehmen zum Beispiel für ein Einfamilienhaus im Durchschnitt einen Heizbedarf von 160 kWh pro Quadratmeter an.

So rechnet man Joule in Kilowattstunden um

Wenn eine Wattstunde (Wh) der Energie entspricht, eine Leistung von einem Watt innerhalb einer Stunde aufzunehmen oder abzugeben, dann entspricht das Tausendfache einer Kilowattstunde. Erzeugt eine Heizungsanlage also eine Stunde lang 1.000 Kilowatt Wärmeenergie, dann ist das eine Kilowattstunde. Eine Kilowattstunde sind 3.600.000 Joule oder 3,6 Megajoule (MJ). Ein Joule ergibt umgerechnet 0,000000278 kWh. Die Rechnung gestaltet sich wie folgt:

• 1 Wh = 3.600 J
• 1 kWh = 1.000 Wh = 1.000 x 3.600 J = 3.600.000 J

Läuft demzufolge ein Staubsauger mit einem Energieverbrauch von 2.000 Watt zwei Stunden lang, dann verbraucht er 4.000 Wattstunden, also 14,4 Megajoule (4 x 3,6 MJ = 14,4 MJ).

Überblick: Gebräuchliche Umrechnungen

Abschließend gibt folgende Liste einen Überblick über wichtige Energieeinheiten und ihre Darstellung in Joule.

• 1 J = 2,7777777777778e-7 kWh
• 1 kWh = 3.600.000 J = 3,6 Megajoule (MJ)
• 1 Kalorie (kcal) = 4,1868 J
• 1 J = 1 Voltampersekunde (VAs)
• 3,6 kJ = 1 Voltamperestunde (VAh)