Leistung (Physik)

Leistung (Physik), nach einer Definition die Menge pro Zeiteinheit verrichteter Arbeit:

P = ΔA/Δt;

in dieser Formel entspricht P der Leistung und ΔA der Arbeit, die im Zeitabschnitt Δt verrichtet wurde. Nach einer anderen Definition entspricht die Leistung

dem Produkt von ausgeübter Kraft F und in gleicher Richtung zurückgelegtem Weg v:

P = Fv.

In diesem Fall gibt die Leistung an, mit welcher Geschwindigkeit die Arbeit verrichtet wird. Beispielsweise soll in einem Zimmer ein Schrank ein Stück verschoben werden. Um die Reibung zwischen der Unterseite des Schrankes und dem Fußboden zu überwinden, muss man eine Kraft aufwenden. Die Reibung ist weitgehend unabhängig von der Gleitgeschwindigkeit (siehe Mechanik: Reibung). Daher ist die zum Verschieben erforderliche Kraft praktisch dieselbe, gleichgültig, wie schnell man den Schrank schiebt. Dieser soll innerhalb von zehn Sekunden von einer Wand zur gegenüberliegenden Wand und dann innerhalb von fünf Sekunden wieder zurückgeschoben werden. Bei jedem der beiden Schiebevorgänge sind Kraft und Weg, also auch deren Produkt (die Arbeit), gleich groß. Das Zurückschieben erfolgt jedoch in der halben Zeit, so dass hierbei der Quotient aus Arbeit und Zeit, d. h. die Leistung, doppelt so hoch ist.

Der Begriff der Leistung ist keineswegs nur bei mechanischen Bewegungsvorgängen anwendbar, sondern u. a. auch bei der Elektrizität. Nehmen wir als Beispiel einen elektrischen Stromkreis, in dem sich ein Widerstand befindet. Es muss ein bestimmter Betrag an elektrischer Arbeit aufgewandt werden, um eine gewisse Ladungsmenge durch den Stromkreis fließen zu lassen. Damit die Ladung schneller durch den Widerstand fließt, also die Stromstärke höher ist, muss in kürzerer Zeit mehr Arbeit verrichtet und damit eine größere Leistung zugeführt werden. Bei einem Gleichstrom entspricht die elektrische Leistung P dem Produkt aus Stromstärke I und elektrischer Spannung U:

P = IU.

Im Gegensatz dazu berechnet sich die elektrische Leistung bei einem Wechselstrom aus dem Produkt von maximaler Stromstärke I₀ und maximaler Spannung U₀ geteilt durch 2:

P = I0 U0/2.

Eine ältere, z. T. immer noch gebräuchliche Einheit der mechanischen Leistung (Arbeit pro Zeit) ist die Pferdestärke (PS). Mit einer Leistung von 1 PS (das entspricht rund 0,75 Kilowatt; s. u.) kann man auf der Erdoberfläche eine Masse von 75 Kilogramm in 1 Sekunde 1 Meter hochheben.

Die heutzutage offizielle Einheit der Leistung ist die SI-Einheit Watt (abgekürzt: W). Sie gilt sowohl für die mechanische als auch für die elektrische Leistung und entspricht 1 Joule pro Sekunde (bzw. Newtonmeter pro Sekunde). Gebräuchlich ist beispielsweise das Kilowatt (entspricht 1 000 Watt).