Dieses Quiz als Battle spielen: Deutsch, Klasse 9-10, G-Niveau

Leistung - Physik

Einleitung

Wie schnell wird Energie übertragen oder umgewandelt? Genau diese Frage beantwortet die physikalische Größe Leistung. Zwei Personen können dieselbe Arbeit verrichten, aber unterschiedlich leistungsfähig sein: Wer die Arbeit in kürzerer Zeit erledigt, erreicht die größere Leistung.

Leistung begegnet Dir bei Menschen, Motoren, Lampen, Haushaltsgeräten, Kraftwerken und erneuerbaren Energien. Das Formelzeichen ist meist $P$ , die Einheit ist Watt mit dem Einheitenzeichen $W$ .

Lernziele

Nach diesem aiMOOC kannst Du die physikalische Leistung erklären, berechnen und von der Energie unterscheiden. Du kannst außerdem mechanische und elektrische Leistung untersuchen, Einheiten umrechnen und den Wirkungsgrad beurteilen.

Leistung als Energieumsatz pro Zeit erklären
Die Grundformel $P = \frac{Δ E}{Δ t}$ anwenden
Watt, Kilowatt und Megawatt umrechnen
Mechanische Leistung und Elektrische Leistung berechnen
Wirkungsgrad und Energieverluste beurteilen

Grundidee der Leistung

Leistung beschreibt, wie viel Energie in einer bestimmten Zeit übertragen oder umgewandelt wird. Für eine mittlere Leistung gilt:

P = \frac{Δ E}{Δ t}

Dabei bedeutet:

$P$ : Leistung
$Δ E$ : übertragene oder umgewandelte Energie
$Δ t$ : benötigte Zeitspanne

Wird dieselbe Energie in kürzerer Zeit umgesetzt, ist die Leistung größer. Wird in derselben Zeit mehr Energie umgesetzt, steigt die Leistung ebenfalls.

Beispiel: Eine Maschine wandelt in $3 s$ eine Energie von $900 J$ um.

P = \frac{900 J}{3 s} = 300 W

Die Maschine hat eine mittlere Leistung von $300 W$ .

Leistung und Arbeit

Mechanische Arbeit ist eine Form der Energieübertragung. Deshalb kann die Leistung auch als verrichtete Arbeit pro Zeit geschrieben werden:

P = \frac{Δ W}{Δ t}

Das Formelzeichen $W$ steht hier für die Arbeit. Gleichzeitig ist $W$ das Einheitenzeichen für Watt. Der Zusammenhang zeigt sich jeweils aus dem Kontext.

Einheit Watt

Die SI-Einheit der Leistung ist das Watt. Sie ist nach dem schottischen Erfinder und Ingenieur James Watt benannt.

1 W = 1 \frac{J}{s}

Ein Gerät mit einer Leistung von einem Watt setzt in jeder Sekunde eine Energie von einem Joule um.

Einheit	Bedeutung	Umrechnung
Watt	Grundeinheit	$1 W$
Kilowatt	häufig bei Geräten und Motoren	$1 k W = 1000 W$
Megawatt	häufig bei Kraftwerken	$1 M W = 1 000 000 W$

Die ältere Einheit Pferdestärke wird bei Fahrzeugen noch verwendet. Es gilt ungefähr:

1 P S \approx 735 W

Mechanische Leistung

Mechanische Leistung entsteht, wenn durch eine Kraft mechanische Arbeit verrichtet wird. Ein typisches Beispiel ist das Heben einer Last.

Für die Hubarbeit gilt:

W_{H u b} = m \cdot g \cdot h

Damit ergibt sich die mittlere Leistung beim Heben:

P = \frac{m \cdot g \cdot h}{t}

Bewegen sich ein Körper und eine gleichgerichtete Kraft mit konstanter Geschwindigkeit, kann auch gerechnet werden mit:

P = F \cdot v

Diese Formel gilt in dieser einfachen Form, wenn Kraft und Bewegungsrichtung übereinstimmen.

Beispiel: Eine Person hebt eine Masse von $20 k g$ in $5 s$ um $2 m$ an.

P = \frac{20 k g \cdot 9,81 \frac{m}{s^{2}} \cdot 2 m}{5 s} \approx 78,5 W

Experiment: Treppenleistung

Du kannst Deine mittlere mechanische Leistung beim Treppensteigen näherungsweise bestimmen. Miss Deine Masse, die senkrechte Höhe der Treppe und die benötigte Zeit. Berechne anschließend:

P = \frac{m \cdot g \cdot h}{t}

Führe den Versuch kontrolliert durch, nutze das Geländer und vermeide Wettrennen oder Drängeln.

Elektrische Leistung

In einem elektrischen Gerät wird elektrische Energie in andere Energieformen umgewandelt, zum Beispiel in Bewegung, Licht oder Wärme. Bei Gleichstrom und konstanten Größen gilt:

P = U \cdot I

Dabei ist $U$ die elektrische Spannung in Volt und $I$ die Stromstärke in Ampere.

Beispiel: Durch ein Gerät fließt bei $12 V$ eine Stromstärke von $2 A$ .

P = 12 V \cdot 2 A = 24 W

Vertiefung: Ohmscher Widerstand

Mit dem Ohmschen Gesetz $U = R \cdot I$ entstehen für einen ohmschen Widerstand weitere Leistungsformeln:

P = U \cdot I = I^{2} \cdot R = \frac{U^{2}}{R}

Diese Beziehungen gelten für ohmsche Widerstände und passende elektrische Bedingungen.

Leistung und Energie unterscheiden

Leistung gibt an, wie schnell Energie umgesetzt wird. Energie gibt an, wie viel insgesamt umgesetzt wurde.

Aus der Grundformel folgt:

E = P \cdot t

Eine hohe Leistung führt nur dann zu einem hohen Energieverbrauch, wenn das Gerät entsprechend lange betrieben wird.

Beispiel: Ein Gerät mit $1,5 k W$ läuft zwei Stunden.

E = 1,5 k W \cdot 2 h = 3 k W h

Die Kilowattstunde ist eine Einheit der Energie, nicht der Leistung.

1 k W h = 3,6 M J

Watt und Kilowattstunde

Die Einheit Watt beschreibt einen momentanen oder mittleren Energieumsatz pro Zeit. Die Kilowattstunde beschreibt dagegen eine Energiemenge. Ein Wasserkocher kann eine hohe Leistung besitzen, aber wegen seiner kurzen Betriebszeit trotzdem nur vergleichsweise wenig Energie benötigen.

Wirkungsgrad

Bei realen Geräten wird nicht die gesamte zugeführte Leistung in die gewünschte Nutzleistung umgewandelt. Ein Teil wird beispielsweise als Wärme, Schall oder Reibungsenergie abgegeben.

Der Wirkungsgrad ist:

η = \frac{P_{n u t z}}{P_{z u}}

In Prozent:

η = \frac{P_{n u t z}}{P_{z u}} \cdot 100 %

Beispiel: Eine Maschine nimmt $500 W$ auf und gibt $400 W$ als Nutzleistung ab.

η = \frac{400 W}{500 W} = 0,8 = 80 %

Die restlichen $20 %$ werden in nicht gewünschte Energieformen umgewandelt.

Leistung messen und vergleichen

Die elektrische Leistung kann mit einem Wattmeter gemessen werden. Viele Energiekostenmessgeräte zeigen zusätzlich die aufgenommene Energie in Kilowattstunden an.

Auf Typenschildern findest Du häufig eine Nennleistung. Sie beschreibt einen vom Hersteller festgelegten Betriebswert. Die tatsächliche Leistung kann je nach Betriebszustand davon abweichen.

Vergleiche Geräte nur bei gleicher Aufgabe. Eine Lampe mit geringerer elektrischer Leistung kann beispielsweise ähnlich viel Licht erzeugen, wenn sie elektrische Energie wirksamer in sichtbares Licht umwandelt.

Mittlere und momentane Leistung

Die Grundformel berechnet häufig eine mittlere Leistung über eine Zeitspanne. Bei beschleunigten Bewegungen, Motorstarts oder wechselnden elektrischen Verbrauchern kann sich die Leistung ständig ändern. Dann spricht man von der Momentanleistung.

Für viele Schulversuche genügt die mittlere Leistung:

\overline{P} = \frac{Δ E}{Δ t}

Typische Denkfehler

Watt und Wattstunde verwechseln: Watt ist eine Leistung, Wattstunde ist eine Energie.
Nur auf die Leistung schauen: Der Energieverbrauch hängt zusätzlich von der Betriebszeit ab.
Leistung mit Kraft verwechseln: Eine große Kraft führt nicht automatisch zu großer Leistung.
Wirkungsgrad über 100 Prozent annehmen: Bei einer einzelnen Energieumwandlung kann die Nutzleistung nicht größer als die zugeführte Leistung sein.
Nennleistung als Dauerwert verstehen: Die tatsächliche Leistung kann sich während des Betriebs verändern.

Zusammenfassung

Die physikalische Leistung ist der Energieumsatz pro Zeit. Ihre Einheit ist Watt. Mechanische Leistung kann aus Arbeit und Zeit oder aus Kraft und Geschwindigkeit bestimmt werden. Elektrische Leistung ergibt sich bei konstanten Größen aus Spannung mal Stromstärke. Energie erhältst Du aus Leistung mal Zeit. Der Wirkungsgrad vergleicht Nutzleistung und zugeführte Leistung.

Interaktive Aufgaben

Quiz: Teste Dein Wissen

Was beschreibt die physikalische Leistung? (Umgesetzte Energie pro Zeit) (!Zurückgelegter Weg pro Zeit) (!Kraft pro Fläche) (!Masse pro Volumen)

Welche Formel beschreibt die mittlere Leistung? (P gleich Energie geteilt durch Zeit) (!P gleich Energie mal Zeit) (!P gleich Zeit geteilt durch Energie) (!P gleich Masse mal Volumen)

Welche SI-Einheit hat die Leistung? (Watt) (!Joule) (!Newton) (!Pascal)

Was bedeutet ein Watt? (Ein Joule pro Sekunde) (!Ein Newton pro Meter) (!Ein Kilogramm pro Sekunde) (!Ein Volt pro Ampere)

Was geschieht mit der Leistung, wenn dieselbe Energie in kürzerer Zeit umgesetzt wird? (Die Leistung wird größer) (!Die Leistung wird kleiner) (!Die Leistung bleibt immer null) (!Die Energie verschwindet)

Eine Maschine setzt in drei Sekunden 900 Joule um. Wie groß ist ihre mittlere Leistung? (300 Watt) (!30 Watt) (!900 Watt) (!2700 Watt)

Welche Formel gilt für elektrische Leistung bei konstanten Größen? (P gleich Spannung mal Stromstärke) (!P gleich Spannung geteilt durch Zeit) (!P gleich Widerstand mal Zeit) (!P gleich Ladung geteilt durch Masse)

Welche Größe wird in Kilowattstunden angegeben? (Energie) (!Leistung) (!Kraft) (!Geschwindigkeit)

Wie viele Watt sind ein Kilowatt? (1000 Watt) (!100 Watt) (!10 Watt) (!10000 Watt)

Was vergleicht der Wirkungsgrad? (Nutzleistung und zugeführte Leistung) (!Masse und Volumen) (!Spannung und Zeit) (!Kraft und Fläche)

Memory

Leistung	Energieumsatz pro Zeit
Watt	SI-Einheit der Leistung
Joule	Einheit der Energie
Kilowattstunde	Energieeinheit im Alltag
Wattmeter	Messgerät für elektrische Leistung
Wirkungsgrad	Verhältnis von Nutzleistung zu zugeführter Leistung
Nennleistung	angegebener Betriebswert eines Geräts

Drag and Drop

Ordne die richtigen Begriffe zu.	Thema
Energieumsatz pro Zeit	Leistung
Spannung mal Stromstärke	Elektrische Leistung
Kraft mal Geschwindigkeit	Mechanische Leistung
Nutzleistung durch zugeführte Leistung	Wirkungsgrad
Leistung mal Zeit	Energie

Kreuzworträtsel

Watt	Wie heißt die SI-Einheit der Leistung?
Joule	In welcher Einheit wird Energie angegeben?
Leistung	Welche Größe beschreibt den Energieumsatz pro Zeit?
Zeitspanne	Welche Größe steht im Nenner der Grundformel?
Spannung	Welche elektrische Größe hat das Formelzeichen U?
Wirkungsgrad	Welche Größe vergleicht Nutzleistung und zugeführte Leistung?

LearningApps

Lückentext

Offene Aufgaben

Leicht

Leistungstagebuch: Suche zu Hause fünf Typenschilder und notiere die angegebenen Leistungen.
Einheitenplakat: Gestalte ein Plakat zu Watt, Kilowatt, Megawatt, Joule und Kilowattstunde.
Begriffserklärung: Erkläre in eigenen Worten den Unterschied zwischen Energie und Leistung.
Gerätevergleich: Ordne verschiedene Alltagsgeräte nach ihrer vermuteten Leistung und begründe Deine Reihenfolge.

Standard

Treppenexperiment: Bestimme Deine mittlere Leistung beim kontrollierten Treppensteigen und dokumentiere Messwerte und Rechnung.
Wattmeter-Untersuchung: Miss unter Aufsicht die Leistung verschiedener Geräte und vergleiche Messwert und Nennleistung.
Erklärvideo: Produziere ein kurzes Video zur Formel $P = \frac{E}{t}$ mit einem selbst gewählten Beispiel.
Energieverbrauch: Berechne für drei Geräte die Energie aus Leistung und Betriebszeit und vergleiche die Ergebnisse.

Schwer

Wirkungsgradanalyse: Entwickle ein Energieflussdiagramm für eine Maschine und bestimme Nutzleistung, Verlustleistung und Wirkungsgrad.
Leistungsdiagramm: Zeichne ein Diagramm, das eine veränderliche Leistung über der Zeit darstellt, und deute die Fläche unter der Kurve als Energie.
Forschungsinterview: Befrage eine Fachkraft aus Handwerk, Technik oder Energieversorgung zur Bedeutung von Nennleistung und Wirkungsgrad.
Versuchsplanung: Plane einen sicheren Versuch, mit dem zwei Antriebe hinsichtlich Leistung und Energieverbrauch verglichen werden können.

Lernkontrolle

Transferaufgabe Treppe: Zwei Personen steigen dieselbe Treppe hinauf. Eine Person ist schwerer, die andere schneller. Entwickle eine Rechnung, mit der Du ihre Leistungen vergleichen kannst.
Geräteentscheidung: Zwei Lampen erzeugen eine ähnliche Helligkeit, besitzen aber unterschiedliche elektrische Leistungen. Erkläre, welche weiteren Angaben für eine sinnvolle Bewertung nötig sind.
Diagrammanalyse: Deute ein Leistungs-Zeit-Diagramm und erkläre, wie daraus die umgesetzte Energie bestimmt werden kann.
Fehleranalyse: Eine Person behauptet, ein Gerät mit hoher Leistung verbrauche immer mehr Energie. Prüfe die Aussage mithilfe eines Gegenbeispiels.
Wirkungsgradvergleich: Zwei Maschinen besitzen dieselbe Nutzleistung, aber unterschiedliche Wirkungsgrade. Begründe, welche Maschine mehr Leistung aufnehmen muss.
Modellentwicklung: Entwickle ein Alltagsmodell, das den Unterschied zwischen Energie, Leistung und Wirkungsgrad anschaulich darstellt.

Lernnachweis

Für einen Lernnachweis zu diesem Thema ist wichtig, dass Du:

die Leistung als Energieumsatz pro Zeit erklären kannst,
Formeln nach Leistung, Energie und Zeit umstellen kannst,
Watt, Kilowatt und Megawatt sicher umrechnest,
mechanische und elektrische Leistung berechnest,
Leistung und Energie klar unterscheidest,
Messwerte mit Nennwerten vergleichst,
den Wirkungsgrad bestimmst und Energieverluste deutest,
Rechenwege mit Einheiten nachvollziehbar dokumentierst.

OERs zum Thema

Verknüpfte Lernbereiche

Leistung - Physik

aiMOOC-Projekte

Schulfach+

Prüfungsliteratur 2026
Bundesland	Bücher	Kurzbeschreibung
Baden-Württemberg	Abitur Der zerbrochne Krug - Heinrich von Kleist Heimsuchung - Jenny Erpenbeck Mittlere Reife Der Markisenmann - Jan Weiler oder Als die Welt uns gehörte - Liz Kessler Ein Schatten wie ein Leopard - Myron Levoy oder Pampa Blues - Rolf Lappert	Abitur Dorfrichter-Komödie über Wahrheit/Schuld; Roman über einen Ort und deutsche Geschichte. Mittlere Reife Wahllektüren (Roadtrip-Vater-Sohn / Jugendroman im NS-Kontext / Coming-of-age / Provinzroman).
Bayern	Abitur Der zerbrochne Krug - Heinrich von Kleist Heimsuchung - Jenny Erpenbeck	Abitur Lustspiel über Machtmissbrauch und Recht; Roman als Zeitschnitt deutscher Geschichte an einem Haus/Grundstück.
Berlin/Brandenburg	Abitur Der zerbrochne Krug - Heinrich von Kleist Woyzeck - Georg Büchner Der Biberpelz - Gerhart Hauptmann Heimsuchung - Jenny Erpenbeck	Abitur Gerichtskomödie; soziales Drama um Ausbeutung/Armut; Komödie/Satire um Diebstahl und Obrigkeit; Roman über Erinnerungsräume und Umbrüche.
Bremen	Abitur Nach Mitternacht - Irmgard Keun Mario und der Zauberer - Thomas Mann Emilia Galotti - Gotthold Ephraim Lessing oder Miss Sara Sampson - Gotthold Ephraim Lessing	Abitur Roman in der NS-Zeit (Alltag, Anpassung, Angst); Novelle über Verführung/Massenpsychologie; bürgerliche Trauerspiele (Moral, Macht, Stand).
Hamburg	Abitur Der zerbrochne Krug - Heinrich von Kleist Das kunstseidene Mädchen - Irmgard Keun	Abitur Justiz-/Machtkritik als Komödie; Großstadtroman der Weimarer Zeit (Rollenbilder, Aufstiegsträume, soziale Realität).
Hessen	Abitur Der zerbrochne Krug - Heinrich von Kleist Woyzeck - Georg Büchner Heimsuchung - Jenny Erpenbeck Der Prozess - Franz Kafka	Abitur Gerichtskomödie; Fragmentdrama über Gewalt/Entmenschlichung; Erinnerungsroman über deutsche Brüche; moderner Roman über Schuld, Macht und Bürokratie.
Niedersachsen	Abitur Der zerbrochene Krug - Heinrich von Kleist Das kunstseidene Mädchen - Irmgard Keun Die Marquise von O. - Heinrich von Kleist Über das Marionettentheater - Heinrich von Kleist	Abitur Schwerpunkt auf Drama/Roman sowie Kleist-Prosatext und Essay (Ehre, Gewalt, Unschuld; Ästhetik/„Anmut“).
Nordrhein-Westfalen	Abitur Der zerbrochne Krug - Heinrich von Kleist Heimsuchung - Jenny Erpenbeck	Abitur Komödie über Wahrheit und Autorität; Roman als literarische „Geschichtsschichtung“ an einem Ort.
Saarland	Abitur Heimsuchung - Jenny Erpenbeck Furor - Lutz Hübner und Sarah Nemitz Bahnwärter Thiel - Gerhart Hauptmann	Abitur Erinnerungsroman an einem Ort; zeitgenössisches Drama über Eskalation/Populismus; naturalistische Novelle (Pflicht/Überforderung/Abgrund).
Sachsen (berufliches Gymnasium)	Abitur Der zerbrochne Krug - Heinrich von Kleist Woyzeck - Georg Büchner Irrungen, Wirrungen - Theodor Fontane Der gute Mensch von Sezuan - Bertolt Brecht Heimsuchung - Jenny Erpenbeck Der Trafikant - Robert Seethaler	Abitur Mischung aus Klassiker-Drama, sozialem Drama, realistischem Roman, epischem Theater und Gegenwarts-/Erinnerungsroman; zusätzlich Coming-of-age im historischen Kontext.
Sachsen-Anhalt	Abitur (keine fest benannte landesweite Pflichtlektüre veröffentlicht; Themenfelder)	Abitur Schwerpunktsetzung über Themenfelder (u. a. Literatur um 1900; Sprache in politisch-gesellschaftlichen Kontexten), ohne feste Einzeltitel.
Schleswig-Holstein	Abitur Der zerbrochne Krug - Heinrich von Kleist Heimsuchung - Jenny Erpenbeck	Abitur Recht/Gerechtigkeit und historische Tiefenschichten eines Ortes – umgesetzt über Drama und Gegenwartsroman.
Thüringen	Abitur (keine fest benannte landesweite Pflichtlektüre veröffentlicht; Orientierung am gemeinsamen Aufgabenpool)	Abitur In der Praxis häufig Orientierung am gemeinsamen Aufgabenpool; landesweite Einzeltitel je nach Vorgabe/Handreichung nicht einheitlich ausgewiesen.
Mecklenburg-Vorpommern	Abitur (Quelle aktuell technisch nicht abrufbar; Beteiligung am gemeinsamen Aufgabenpool bekannt)	Abitur Land beteiligt sich am länderübergreifenden Aufgabenpool; konkrete, veröffentlichte Einzeltitel konnten hier nicht ausgelesen werden.
Rheinland-Pfalz	Abitur (keine landesweit einheitliche Pflichtlektüre; schulische Auswahl)	Abitur Keine landesweite Einheitsliste; Auswahl kann schul-/kursbezogen erfolgen.