Warum wird der Strom"verbrauch" in kWh, anstatt in MJ angegeben?
Ok, die im internationalem Einheitensystem festgelegte Einheit für die Arbeit ist das Joule [J]. Nun gibt es verschiedene Arten, Arbeit mathematisch zu beschreiben. (je nachdem welche Art von Energie umgewandelt wird.) Aus elektrischer Sicht ist die Arbeit das Produkt aus Leistung P in Watt [W] und Zeit t in Sekunden [s]. Also:
W = P * t
1J = 1 Ws
Ein Joule elektrischer Arbeit ist also das gleiche wie eine Wattsekunde.
Eine Kilowattstunde [kWh] ist aber auch nichts anderes als ein Produkt aus Leistung und Zeit. "Kilo" ist ein Präfix und bedeutet 1000, Watt [W] ist die Leistung und Stunde [h] die Zeit.
Wenn sich die Kilowattstunde also aus Leistung und Zeit zusammensetzt, und darüber hinaus die elektrische Arbeit beschreibt, warum verwenden wir dann nicht die "korrekte" international dafür vorgesehene Einheit der Arbeit (also das Joule) als Basis?
Letztlich ist eine Kilowattstunde nichts Anderes, als 3,6 Megajoule, bzw. ein Megajoule ist nichts anderes, als 0,278 Kilowattstunden.
Ich weiß, dass das eine rein theoretische Überlegung ist. Niemand wird anfangen neue Stromzähler herzustellen und überall auszutauschen. Meine Frage ist eher: Warum haben wir, als es mit der Elektrizität losging, überhaupt mit der Kilowattstunde angefangen, anstatt gleich in Megajoule zu rechnen?
6 Antworten
Wie sehr viele Dinge, dazu gehören auch Einheiten, ist das historisch bedingt. Als Gesellschaft nutzt man hier oftmals das, was geläufiger, gängiger, vielleicht einfacher oder intuitiver für die Vorstellung ist.
Wäre es für dich einfacher, wenn wir ab jetzt die Wettervorhersagen in Kelvin bekommen?
In vielen Ländern nutzt man immer noch inch, feet oder Fahrenheit. Hier in D nutzen wir bspw. oft bar statt Pa, oder PS statt kW.
Ich tippe darauf, dass Watt (benannt nach James Watt) schon vor Joule vorhanden war und die "Geläufigkeit" weiterhin, zumindest was elektrische Energie angeht, nicht auf dem Niveau von Joule ist.
Schau mal hier unter Abschnitt Geschichte.
Das liegt ja nicht allein an starren Traditionen, sondern auch an den Eigenheiten der jeweiligen Anwendungen. Die SI-Einheit Joule z.B. bezieht sich auf die Leistung über 1 Sekunde. Welchen Stromkunden interessiert hier praktisch der Sekundenbereich? Mit 1 kW über 1 h dagegen kann er praktisch etwas anfangen.
Nun gibt es natürlich immer auch Situationen, in denen sich Messergebnisse aus sehr verschiedenen Lebens- und Arbeitsbereichen mit ihren jeweiligen spezifischen Einheiten kreuzen. Dann werden eben Kalorien in Joule, Elektronenvolt oder kWh umgerechnet oder womöglich in Steinkohleeinheiten.
Das liegt daran, dass die Leistung von Elektrogeräten in Watt angegeben ist und es sich so leichter umrechnen lässt. Außerdem kommt der Kollege Ohm mit seinen Gesetzen so besser zur Geltung
Weil das Einheiten sind, die sich jeder vorstellen kann. Die Leistung vieler Geräte wird in Watt angegeben und jeder weiß, was eine Stunde ist. Eine Kilowattstunde sind also 1000 Watt Leistung für eine Zeit von einer Stunde. Niemand kann sich merken, was so und so viel Joule sind.
Der gewöhnliche Stromkunde könnte mit den SI-Einheiten oder mit den GWh praktisch gar nichts anfangen. Selbst die Profis müssten das erst aufwändig umrechnen in die unmittelbar greifbaren, alltagstauglichen Daten: Wenn ich ein Gerät mit 2 kW eine h lang betreibe, habe ich 2 kWh verausgabt. Das versteht jedes Kind ohne Rechenmaschine.
Die alltagsuntauglichen Maßeinheiten auf der Stromrechnung wären eine unverschämte Zumutung. Würdest Du einen Hosengürtel kaufen, dessen Länge in Seemeilen angegeben ist oder ein Fahrzeug mit der angegebenen Höchstgeschwindigkeit in Inch pro Jahr?
Naja, aber auf der anderen Seite geben wir den Energiegehalt auf Lebensmitteln mit 2 Werten an: Kilokalorie [kcal] und Kilojoule [kJ]. Genauso wird die Leistung von Fahrzeugmotoren in Pferdestärken [PS] und Kilowatt [kW] angegeben. Warum also nicht hier?
Bei der Stromrechnung wären Einheiten wie GWh oder Joule völlig praxisuntauglich, inkompatibel mit den Datenangaben der Elektrogerätehersteller und mit den Anzeigen der Uhren: Leistung in kW und Zeit in h ergibt Energie in kWh, ganz einfach zu verstehen.
Bei Fahrzeugleistungen ist die Angabe in kW mittlerweile auch etwas praxistauglicher in Zuge der Elektrifizierung der Fahrzeuge. Deren Akkus werden ja nun an der Steckdose aufgeladen und somit praktisch als Stromverbraucher gehandhabt. So wird die Fahrzeug-Aufladung mit der Stromrechnung kompatibel. Und bei den Verbrenner-Fahrzeugen passt man sich dem Trend an zur Vereinheitlichung. Dagegen habe ich nichts zu sagen.
Beim Lebensmittel-Brennwert dagegen liegen die Verhältnisse etwas anders. Da unterscheiden sind die o.g. Maßeinheiten nicht erkennbar in der unmittelbaren Praxistauglichkeit. Hier scheint man sich seit einigen Jahren auf die SI-Einheit Joule zu verständigen, um die Anzahl der gebräuchlichen Einheiten zu reduzieren. Das erspart wenigstens den Biophysikern einige Umrechnungen.
Bemerkenswert finde ich in diesem Zusammenhang den modernen scheußlichen Trend zu praxisuntauglichen Maßeinheiten zu Marketingzwecken: Die Kapazität eines Akkus z.B. wird heutzutage nicht mehr mit 12 Ah ausgewiesen, sondern mit 12000 mAh (Milliamperestunden) und das Volumen von Medikamentenflaschen nicht mehr mit 0,1 Liter, sondern mit 100000 Mikroliter. Offensichtlich lieben die Käufer so lange Zifferreihen wie die Politiker und Journalisten radebrechend gegenderte Satzgebilde. Die ernten damit in der Öffentlichkeit keine Pfiffe, sondern noch Beifall!
Weil Wattstunden als Produkt aus Watt und Stunden nunmal für Laien logischer klingt, als Joule. Die meisten Leute wissen doch nichtmal, was Watt überhaupt genau sind, wieso sollte man es dann mit Joule noch komplizierter machen? Die Leistung von Geräten wird in Watt angegeben und was ne Stunde ist, sollte auch jeder wissen. Da ist die logische Schlussfolgerung doch, dass man die Arbeit dann in Wattstunden angibt. So bleibt alles auch für Laien nachvollziehbar.
Mal ganz davon abgesehen reden wir hier nicht von irgendeiner Arbeit, sondern spezifisch von der elektrischen Arbeit. Von daher kann man da ruhig auch die elektrische Einheit verwenden.
Letztlich ist eine Kilowattstunde nichts Anderes, als 3,6 Megajoule, bzw. ein Megajoule ist nichts anderes, als 0,278 Kilowattstunden.
Ja klar, und du erwartest jetzt von den Leuten, dass sie das immer umrechnen müssen um sich eine Vorstellung davon zu machen, wieviel Watt über eine bestimte Stundenanzahl bezogen wurde? Das ist doch viel umständlicher.
Ich sag ja, das ist eine rein theoretische Überlegung. Das das bestehende System funktioniert und nachträglich nicht geändert werden muss, ist mir klar. Es interessiert mich einfach...
Dass die logische Schlussfolgerung aus Watt * Zeit = Wattstunden ist, sollte doch eigentlich... logisch sein, oder nicht? ;)
Naja, dann kann ich aber auch argumentieren, dass Ampere * Volt = Voltampere und nicht Watt sind ;)
Ist es ja auch. Voltampere und Watt ist aber nicht das selbe. Voltampere (VA) ist die Scheinleistung, Watt (W) ist die Wirkleistung.
Und da man die Blindleistung nicht bezahlen muss, sondern nur die Wirkleistung (hieße sonst ja auch Voltamperestunden und nicht Wattstunden) weil sie ins Netz zurück gegeben wird, wäre es unsinnig, die Scheinleistung auf Geräten anzugeben.
Das ändert aber nichts an der Einheit. der Faktor √3 ist ja selbst Einheitenlos. Mathematisch könnte man also sowohl Schein- als auch Blind- und Wirkleistung in VA angeben. Wir machen es nur deshalb nicht, weil es für uns wichtig ist, diese Werte auf den ersten Blich voneinander unterscheiden zu können.
Mathematisch könnte man also sowohl Schein- als auch Blind- und Wirkleistung in VA angeben.
Rein nach den Grundregeln der Mathematik ja. Praktisch ist das so aber nicht richtig. Voltampere (VA) ist per Definition die Scheinleistung, also das Produkt aus Effektivspannung und Effektivstrom. Watt hingegen ist per Definition die Wirkleistung, also das Produkt aus Spannung, Strom und Leistungsfaktor.
Sollte der Leistungsfaktor bei 1 liegen, weil es sich um einen rein ohmischen Widerstand handelt, entspricht die Scheinleistung der Wirkleistung, das macht beide Angaben aber nicht identisch.
Sofern Leistungsfaktor und Art des Widerstands nicht bekannt sind, sondern nur Spannung und Strom, kannst du nur die Scheinleistung in VA berechnen. Den Wert in Watt anzugeben wäre genau genommen also falsch. Solltest du hingegen explizit den Wirkstrom und die Spannung haben, wäre es falsch, das Ergebnis in Voltampere anzugeben, da Voltampere nunmal die Schein- und nicht die Wirkleistung ist.
Ebenso kannst du nur anhand der Wirkleistung in Watt und der Effektivspannung in Volt nicht den Scheinstrom berechnen, sondern nur den Wirkstrom. Wenn mein PC 150W im Idle benötigt, fließen da bei 230V keine 0,652A, denn das ist nur der Wirkstrom. Tatsächlich fließen 0,672A, weil er einen Leistungsfaktor von 0,97 hat.
Völlig richtig. Aber wenn du rein nach der Definition gehst, dann ist die international definierte Einheit der Arbeit nun mal das Joule. Womit wir wieder beim Anfang sind...
dann ist die international definierte Einheit der Arbeit nun mal das Joule.
Wattsekunden ist ebenfalls eine international definierte Einheit für Arbeit, sie ist gleichbedeutend mit Joule, hast du selbst geschrieben. Es ist also irrelevant, welche man nimmt. Und kWh ist einfach nur ein größeres Maß dessen, damit wir keine Milliarden-Werte haben. Unter 6.480.000.000Ws oder 6.480.000.000J kann sich kein Schwein was vorstellen, selbst wenn du die Nullen durch Präfixe ersetzt. 1800kWh sind da hingegen schon verständlicher. Denn das sind 1000h lang den 1800W Ofen laufen lassen.
Nein, eben nicht, Wattsekunden und Joule sind gleichBEDEUTEND aber eben nicht gleich. Joule ist eine definierte Einheit, Watt ist eine definierte Einheit und Sekunde ist eine definierte Einheit. Wattsekunde ist keine. Watt * Sekunde ist, per Definition immer Joule.
Was die vielen Stellen angeht: Genauso wie ich 1.000Wh als 1kWh schreiben kann, kann ich 3.600.000 Joule als 3,6MJ schreiben.
Nein, eben nicht, Wattsekunden und Joule sind gleichBEDEUTEND aber eben nicht gleich.
Und was habe ich in meinem Kommentar geschrieben?
sie ist gleichbedeutend mit Joule
Soviel dazu.
Joule ist eine definierte Einheit, Watt ist eine definierte Einheit und Sekunde ist eine definierte Einheit. Wattsekunde ist keine.
Wattsekunde (Ws) ist genauso eine Einheit wie auch Kilogramm (kg) oder Kilometer pro Stunde (km/h). Das, was du meinst, sind die SI-Basiseinheiten.
Was die vielen Stellen angeht: Genauso wie ich 1.000Wh als 1kWh schreiben kann, kann ich 3.600.000 Joule als 3,6MJ schreiben.
Liest du überhaupt, was ich schreibe? Scheinbar nicht:
Unter 6.480.000.000Ws oder 6.480.000.000J kann sich kein Schwein was vorstellen, selbst wenn du die Nullen durch Präfixe ersetzt.
Unter 6.480 Megajoule auf der Stromrechnung können sich die Leute nichts vorstellen, Punkt! Das ist der Grund, weshalb man die Einheit kWh benutzt, darunter können sich die Leute was vorstellen. Und deshalb wurde diese Einheit auch dafür ausgewählt. Das habe ich jetzt schon XX mal geschrieben und damit deine ursprüngliche Frage mehrfach beantwortet, was gibt es da noch zu diskutieren?
Und was habe ich in meinem Kommentar geschrieben?
Das:
Wattsekunden ist ebenfalls eine international definierte Einheit für Arbeit
Was schlicht und einfach nicht stimmt. Wattsekunden sind eine Zusammensetzung zweier Einheiten, selbst jedoch keine eigenständige Einheit. Das wäre das Joule.
Das, was du meinst, sind die SI-Basiseinheiten.
Nein, meine ich nicht! Die 7 SI-Basiseinheiten sind die Zeit, die Länge, die Masse, die elektrische Stromstärke, die Temperatur, die Stoffmenge und die Lichtstärke. Wie dir vielleicht auffällt ist die Arbeit hier überhaupt nicht enthalten. Ich meine die abgeleiteten SI-Einheiten. Insbesondere das Joule.
Das habe ich jetzt schon XX mal geschrieben und damit deine ursprüngliche Frage mehrfach beantwortet, was gibt es da noch zu diskutieren?
Das:
Ja klar, und du erwartest jetzt von den Leuten
Wie ich in meiner originalen Frage schon geschrieben habe, ist mir klar, dass das reine Theorie ist und dass ich eher an der Geschichte vom Anfang der Stromzähler interessiert bin. Ich erwarte nicht, dass irgendwer irgendwas ändert. Aber das scheinst du ja nicht gelesen zu haben. Du scheinst dem Irrglauben anheimgefallen zu sein, dass ich irgendeine revolutionäre Idee umzusetzen versuche. Dem ist nicht so! Ich möchte einfach nur wissen, warum wir damals, als es darum ging die ersten Stromzähler zu bauen, mit kWh angefangen haben, obwohl die für die Arbeit vorgesehene Einheit das Joule ist und ggf. warum wir diesen Fehler (so klein und unbedeutend wie er auch ist) inkauf genommen haben.
Ja, diese Frage hast du (und einige Andere) bereits beantwortet. Aber gleichzeitig schreibst du deine Argumentation so, als wäre sie offensichtlich, absolut und fehlerfrei. Ich versuche lediglich dir klarzumachen, dass meine Frage nicht von irgendwo kommt. Ja, kWh ist die intuitiv griffigere Variante. Aber geht man nach den international anerkannten Definitionen ist es auch die Falsche. Macht das praktisch einen Unterschied? Nein! Aber das heißt nicht, dass ich nicht nachhake, wenn mir in deiner Argumentation Fehler auffallen.
Wattsekunden sind eine Zusammensetzung zweier Einheiten, selbst jedoch keine eigenständige Einheit.
Werte von geometrischen und physikalischen Größen werden in Maßeinheiten (auch Größeneinheit oder physikalische Einheit) angegeben, die einen eindeutigen (meistens international definierten) Wert haben. Alle anderen Werte der jeweiligen Größe werden als Vielfache oder Bruchteile der verwendeten Einheit angegeben. Bekannte Maßeinheiten sind beispielsweise Meter, Sekunde, Kilowattstunde, Hertz oder Kilometer pro Stunde.
Man hebe das "Kilowattstunde" hervor...
Die 7 SI-Basiseinheiten sind die Zeit, die Länge, die Masse, die elektrische Stromstärke, die Temperatur, die Stoffmenge und die Lichtstärke. Wie dir vielleicht auffällt ist die Arbeit hier überhaupt nicht enthalten.
Stimmt, Basiseinheit war der falsche Begriff, ich meinte die "abgeleiteten SI-Einheiten mit eigenem Namen". Also die 22 SI-Einheiten, die einen eigenen Namen bekommen haben.
Ich meine die abgeleiteten SI-Einheiten.
Und genau das ist auch die Wattsekunde. Die Wattsekunde lässt sich genauso mit den 7 Basiseinheiten ausdrücken, wie auch das Joule. Die Wattsekunde und das Joule unterscheiden sich nur dadurch, dass das Joule einen eigenen Namen bekommen hat und die Wattsekunde eine Zusammensetzung aus zwei Einheiten ist. Das ändert aber nichts daran, dass sowohl Joule als auch Wattsekunde eine "Einheit" ist.
Ich erwarte nicht, dass irgendwer irgendwas ändert. Aber das scheinst du ja nicht gelesen zu haben. Du scheinst dem Irrglauben anheimgefallen zu sein, dass ich irgendeine revolutionäre Idee umzusetzen versuche.
Keine Ahnung, was du für ein Verständnisproblem hast, um das aus meinen Texten herauszulesen... Das habe ich nirgendwo auch nur ansatzweise zum Ausdruck gebracht.
Ich möchte einfach nur wissen, warum wir damals, als es darum ging die ersten Stromzähler zu bauen, mit kWh angefangen haben
Weil. Die. Leistung. Von. Geräten. In. Watt. Angegeben. Werden. Und. Das. Für. Die. Leute. Deshalb. Verständlich. Ist.
warum wir diesen Fehler (so klein und unbedeutend wie er auch ist) inkauf genommen haben.
Was daran ist bitte ein Fehler? Die Elektrische Arbeit wird in kWh angegeben, das ist kein Fehler, sondern Tatsache und vollkommen richtig so. Werde ich als ausgebildete Elektrofachkraft und Obermonteur ja wohl wissen.
Bekannte Maßeinheiten sind beispielsweise Meter, Sekunde, Kilowattstunde, Hertz oder Kilometer pro Stunde.
Man hebe das "Kilowattstunde" hervor...
Ich vermute mal (wegen des Links) das du den Text von Wikipedia kopiert hast?
Hier hast du das komplette SI-System in der offiziellen Fassung:
https://www.bipm.org/documents/20126/41483022/si_brochure_8.pdf
Von Anfang bis Ende mit allen Einheiten, deren Bezeichnungen, Herleitungen, usw.
Das ist der Internationale Standard in seiner Gesamtheit und nirgends wird die Wattsekunde, Wattstunde, oder Kilowattstunde als Einheit definiert. Das Joule, hingegen, wird nicht nur als Einheit definiert, sondern sogar mehrfach explizit als elektrische Einheit aufgeführt, oder genannt.
Und genau das ist auch die Wattsekunde.
Das ändert aber nichts daran, dass sowohl Joule als auch Wattsekunde eine "Einheit" ist.
Nein. Ich bleibe dabei Wattsekunden sind keine Einheit, sondern eine Zusammensetzung zweier Einheiten. (Siehe: meinen vorherigen Punkt.) Sie meinen vielleicht das gleiche, sind es aber nicht.
Das habe ich nirgendwo auch nur ansatzweise zum Ausdruck gebracht.
Daher das kleine aber wichtige Wort: "scheinst". War nur so ein Gefühl.
Was daran ist bitte ein Fehler?
Kilowattstunden. Sind. Keine. Definierte. Einheit. Megajoule. Schon.
Gut, dann mag die Wattsekunde keine international anerkannte SI-Einheit sein, aber es ist de facto eine Einheit. Der Begriff "Einheit" ist schlicht und ergreifend ein Bezug zu einem festgelegten Sachverhalt.
Einheit | einem Maß-, Zählsystem zugrunde liegende Größe
-Zitat Duden
Die Einheit kWh zu verwenden ist KEIN Fehler, sonst würde man diese Einheit wohl kaum in unserem Bildungssystem standardmäßig verwenden. Wenn dir das nicht passt, dann zieh halt zu den Franzosen, die das scheinbar nicht kennen.
Schon klar, meine Frage ist ja auch weniger, warum wir das heute so machen, sondern vielmehr, warum wir überhaupt erst damit angefangen haben, als es darum ging, die ersten Stromzähler zu bauen. Wie du schon sagst, das ist historisch gewachsen und genau dieser Werdegang interessiert mich.