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Physikalische Größen

Physikalische Größe	Formelzeichen	Einheitenzeichen	Erläuterung
Blindleistung	Q	var	Sie tritt einerseits auf, wenn in einem elektrischen Netz in einem Elektromotor oder einem Transformator periodisch ein magnetisches Feld auf- und abgebaut wird. Eine weitere Quelle für das Entstehen von Blindleistung ist der periodische Auf- und Abbau des elekrischen Feldes im Stromnetz. Diese Leistung liefert keine mechanisch nutzbare Arbeit, sondern pendelt ausschließlich zwischen Erzeuger und Verbraucher hin und her.
Drehmoment	M	Nm	Das Drehmoment ist in Analogie zur Kraft die auslösende Größe für die Änderung des Drehzustandes eines massenbehafteten Körpers. Verusacht wird ein Drehmoment stets durch zwei Kräfte, die in entgegengerichtete Richtung wirken und einen Abstand mit dem Namen "Hebelarm" von einander haben. Die physikalische Einheit des Drehmoments ist die gleiche wie der Energie.
Drehzahl	n	1/min, Hz	Die Drehzahl ist die Anzahl der Umdrehungen, die eine Maschine in einer festen Zeitspanne ausübt.
Druck	p	bar, Pa	Der Druck ist eine Kraft, die auf eine bestimmte Fläche wirkt. Der Druck ist ein Spezialfall für eine Spannung, die in keiner Richtung eine Schubspannung besitzt.
Elektrische Ladung	Q	C, As	Gibt die elektrischen Ladung eines Elementarteilchens an; sie beträgt für ein einzelnes Elektron: $Q=-1,60219\cdot 10^{-19}As$
Elektrischer Strom	I	A	Gibt die Anzahl der elektrischen Ladungsträger an, die an einer bestimmten Stelle in einem bestimmten Zeitraum durch einen elektrischen Leiter fließen.
Elektrische Spannung	U	V	Sie gibt an, wie viel Energie ungesetzt wird, wenn ein Objekt mit einer bestimmten elektrischen Ladung entlang eines elektrischen Feldes bewegt wird.
Energie	W	J, Nm	Die Energie wird in der Mechanik als die Fähigkeit definiert, eine bestimmte Arbeit zu leisten.
Enthalpie	H	J	Enthalpie bezeichnet eine Energiemenge, die durch eine Systemgrenze in ein offenes System (beispielsweise eine Wärmekraftmaschine) strömt. Die Enthalpiedifferenz zwischen dem Ein- und Ausströmen an den Systemgrenzen bezeichnen die dort umgesetzten Wärmemengen.
Entropie	S	J/K	Die Entropie eines thermischen Systemes macht eine Aussage über die technische Nutzbarkeit einer Wärmemenge. Sie kann ebenso wie die Energie eines Systemes gemessen werden.
Frequenz	f	Hz	Mit Frequenz wird die Anzahl von Schwingungen bezeichnet, die in einem Stromkreis pro Zeiteinheit auftreten.
Kraft	F	N	Eine Kraft ist die Ursache für die Bewegungsänderung eines massebehafteten Körpers. Mehrere Kräfte, die auf einen Körper wirken, müssen wie mathematische Vektoren behandelt werden.
Länge	s	m	Die Länge bezeichnet die lineare Ausdehnung eines physischen Objektes. Die einzige physikalische Einheit, die in höheren Dimensionen verwendet wird, um beispielsweise Flächen und Rauminhalte zahlenmäßig zu erfassen.
Leistung	P	W	Die Leistung gibt den Energiefluss pro Zeiteinheit an, der in einem offenen System umgesetzt wird.
Masse	m	kg	Die Masse beschreibt das physikalische Bestreben eines Körpers seinen Bewegungszustand nicht zu verändern. im klassischen Sinne darf man die Masse des Körpers mit seine Stoffmenge gleichsetzen. Umgangssprachlich wird die Masse eines Körpers mit seiner Gewichtskraft gleich gesetzt.
Massenträgheitsmoment	I	kgm²	In Analogie zur Masse beschreibt das Massenträgheitsmoment das physikalische Bestreben eines Körpers seinen Drehungszustand nicht zu verändern. Das Massenträgheitsmoment beinhaltet neben der Masse des Körpers auch seine geometrische Form. Für einfach geformte Körper kann es Tabellenwerken entnommen werden; für beliebig Körper muss es mit Hilfe der Integralrechnung bestimmt werden.
Scheinleistung	S	VA	Das Zusammenwirken von Wirk- und Blindleistung nennt man Scheinleistung. Der Zusammenhang ergibt sich zu: $S={\sqrt {P^{2}+Q^{2}}},\quad \cos \varphi ={\frac {P}{S}}$
Spannung	$\sigma$ , $\tau$	N/mm²	Eine Spannung ist eine Kraft, die im Inneren eines Körpers auf eine bestimmte Fläche wirkt. Zu unterscheiden sind die Normalspannung $\sigma$ und die Schubspannung $\tau$ . Eine Normalspannung wirkt senkrecht zur betrachteten Fläche, die Schubspannung dagegen im rechten Winkel dazu in paralleler Richtung. Diese beiden Formen der Spannungen treten in den meisten Fällen gleichzeitig auf.
Temperatur	$\vartheta$ , T	°C, K	Die Temperatur beschreibt die mittlere Bewegungsenergie eines einzelnen Teilchens einer Stoffmenge.
Wärme	W	J	Die Wärme ist eine spezielle Form der Energie, die sich aus der Bewegungsenergie aller beteiligten Elementarteilchen einer Stoffmenge ergibt.
Wasserhärte	-	mMol/dm³	Als Wasserhärte bezeichnet man die Konzentration der im Wasser gelösten Ionen der Erdalkalimetalle. Sie ist ein Maß für die Nutzbarkeit des Wassers in einem Dampfkreislauf.
Widerstand	R, $Z$	Ω	Der Widerstand kennzeichnet die Eigenschaft eines Materiales, den Fluss eines elektrischen Stromes zu hemmen. Der Widerstand ist dabei vom jeweiligen Werkstoff und der aktuellen Temperatur abhängig. In der Wechselstromtechnik unterscheidet man weiterhin Schein-, Wirk- und Blindwiderstand.
Wirkleistung	P	W	Die Wirkleistung bezeichnet die mechanisch nutzbare Leistung bei der elektrischen Energieübertragung
Zeit	t	s	Die Zeit bestimmt die Dauer von Vorgängen und die Reihenfolge von Ereignissen. Diese Größe lässt sich nicht auf ein grundlegenderes Phänomen zurückführen und wird daher durch ihr Meßverfahren definiert.

Physikalische Einheiten

Einheit	Einheitenzeichen	Zusammenhang	Erläuterung
Ampere	A	Basiseinheit	Das Ampere (A) ist die SI-Basiseinheit der elektrischen Stomstärke. Sie bestimmt sich aus der Kraftwirkung eines elektrischen Gleichstromes auf den zugehörigen elektrischen Leiter.
Amperesekunde, Coulomb	As, C	$[As]=A\cdot s,{1C}={1As}$	Die Amperesekunde (As) oder veraltet das Coulomb (C) ist die SI-Einheit der elektrischen Ladung. Sie ist gleichbedeutend mit einem konstanten elektrischen Gleichstrom von 1 Ampere Stärke, der in 1 Sekunde einen Leiterquerschnitt passiert.
Bar	bar	$p={\frac {F}{A}}$ , ${[bar]}={\frac {daN}{cm^{2}}}$	Das Bar (bar) ist die Einheit des Druckes. Die Einheit ergibt sich aus den physikalischen Einheiten einer Kraft und einer Fläche. 1 bar entspricht ziemlich genau dem Luftdruck, der auf Meereshöhe wirkt.
$\cos \varphi$	-	$\cos \varphi ={\frac {P}{S}}$	Der Leistungsfaktor Cosinus $\varphi$ ist keine eigene Einheit, sondern nur das Verhältnis von Wirk- zur Scheinleistung. Der Wert von $\varphi$ stellt den Winkel zwischen den beiden Leistungen im komplexen Zeigerdiagramm dar. Der Wert wird in der Technik gerne wegen seiner Anschaulichkeit verwendet und ist stets auf den Typenschildern elektrischer Maschinen angegeben.
Grad Celsius	°C	${[{}^{\circ }\mathrm {C} \left(x\right)]}={\left(x+273{,}15\right)\,\mathrm {K} }$	Der Grad Celsius (°C) ist eine Einheit der Temperatur. Die Einheit orientiert am Gefrier- und am Verdampfungspunkt des physikalisch reinen Wassers. Der Zahlenzusammenhang ergibt sich mit der konstanten Differenz zum Kelvin. Die Einheit wird gerne wegen ihrer Anschaulichkeit verwendet; jedoch ergeben sich Schwierigkeiten durch die Differenzbildung bei der Erläuterung thermodynamischer Prozesse.
Hertz	Hz	$f={\frac {1}{t}}$ , ${[Hz]}={\frac {1}{s}}$	Das Hertz (Hz) ist die SI-Einheit der Frequenz. Sie gibt die Anzahl der Schwingungsperioden je Sekunde an.
Joule	J, Nm	$W={F}\cdot {s}$ , ${[J]}={N}\cdot {m}$	Das Joule (J) ist die SI-Einheit der Energie und der Wärmemenge. Sie ergibt sich aus einer Kraft, die entlang einer Wegstrecke wirkt. Das Newtonmeter (Nm) ist in energetischer Hinsicht gleich einem Joule. Es wird allerdings in erster Linie bei der Angabe eines Drehmomentes verwendet, wobei in diesem Falle im rechten Winkel zu einem hier "Hebelarm" genannten Weg wirkt.
Kelvin	K	Basiseinheit, Umrechung in °C: ${\frac {\Delta \,T}{1\,\mathrm {K} }}={\frac {\Delta \,\vartheta }{\Delta 1\,^{\circ }\mathrm {C} }}$ , $\Delta 1\,\mathrm {{}^{\circ }C} \left({}=1\,\mathrm {grd.} \right)=1\,\mathrm {K}$	Das Kelvin (K) ist die SI-Basiseinheit der Temperatur. Sie orientiert sich am absoluten Nullpunkt und dem Tripelpunkt des Wassers, der unter Normalbedingungen nah am Gefrierpunkt des Wassers liegt. Die Verfügung stehende Temperaturspanne zwischen diesen zwei Festpunkten wurde in Analogie zum °C in 273,15 gleiche Teile geteilt. Wegen des absoluten Nullpunktes als einem der Festpunkte besitzt die Einheit große Bedeutung für thermodynamische Berechnungen.
Kilogramm	kg	Basiseinheit	Das Kilogramm (kg) ist die SI-Basiseinheit der Masse. Es definiert sich nach dem internationalen Kilogrammprototypen einem Zylinder aus Platin-Iridium mit einer Höhe und einem Durchmesser von je 39 mm.
Meter	m	Basiseinheit	Das Meter (m) ist die SI-Basiseinheit der Entfernung. Es ist als Entfernung definiert, die das Licht in 1/299.792.458 Sekunde im Vakuum zurücklegt. Frühere Definitionen bezogen sich auf einen Meter-Prototypen mit einem Meßkörper aus Platin-Iridium, auf dessen Oberfläche sich in einem Abstand von genau einem Meter zwei Kerben befanden. Das Meter ist die einzige physikalische Einheit, die für sich stehend eine höhere Dimension einnehmen kann. Üblich sind beispielsweise $m^{2}$ zur Angabe einer Fläche und $m^{3}$ zur Angabe eines Rauminhaltes. Die Einheit $m^{4}$ dient in der Festigkeitslehre zur Kennzeichnung eines Flächenträgheitsmomentes.
Mol	mol	Basiseinheit	Das Mol (mol) ist die SI-Basiseinheit der Stoffmenge. Ein Mol ist die Stoffmenge eines Systems, das aus ebensoviel Einzelteilchen besteht, wie Atome in 12 g des Kohlenstoff-Nuklids ¹²C enthalten sind.
Newton	N	$F=m\cdot a$ , ${[N]}={\frac {kg\cdot m}{s^{2}}}$	Das Newton (N) ist die SI-Einheit der Kraft und ist im praktischen Sinne als Größe definiert, die den Bewegungszustand eines massebehafteten Körpers verändert.
Ohm	$\Omega$	$R={\frac {U}{I}}$ , $[\Omega ]={\frac {V}{A}}$	Das Ohm (Ω) ist die SI-Einheit des elektrischen Widerstandes. Das griechische "Omega" wird verwendet, da ein O zu leicht mit einer Null (0) verwechselt werden kann.
Pascal	Pa	$p={\frac {F}{A}}$ , ${[Pa]}={\frac {N}{m^{2}}}$	Das Pascal (Pa) ist die SI-Einheit des Druckes. Wegen der teilweise sehr hohen Zahlenwert bei der Verwendung dieser Einheit wird immer noch das anschaulichere bar eingesetzt.
Sekunde	s	Basiseinheit	Die Sekunde (s) ist die SI-Basiseinheit der Zeit. Sie definiert sich aus der Wellenlänge einer Strahlung, die ein Caesium-Atom bei seiner Anregung abstrahlt (atomares Zeitnormal). In früheren Zeiten definierte man die Sekunde als den 86400. Teil des mittleren Sonnentages.
Tonne	t	${[t]}=1000\,\mathrm {kg}$	Die Tonne (t) ist eine Maßeinheit der Masse. Die Einheit ist wegen ihrer Anschaulichkeit in der Technik sehr beliebt.
Volt	V	$U={\frac {P}{I}}$ , ${[V]}={\frac {W}{A}}$	Das Volt (V) ist die SI-Einheit der elektrischen Spannung. Ein Volt ist gleich der elektrischen Spannung zwischen zwei Punkten eines homogenen, gleichmäßig temperierten Linienleiters, in dem bei einem stationären Strom von einem Ampere zwischen diesen beiden Punkten die Leistung ein Watt umgesetzt wird.
Voltampere	VA	$S(t)=U(t)\cdot \;I(t)$ , ${[VA]}={V}\cdot {A}$	Das Voltampere (VA) ist die Einheit der elektrischen Scheinleistung. Die Scheinleistung setzt sich aus der realen Wirkleistung P und der imaginären Blindleistung Q zusammen. Die Zahlenwerte der Scheinleistung müssen als komplexe Zahlen gehandhabt werden.
Voltampere reactiv	var	$Q(t)=U(t)\cdot \operatorname {Im} \;I(t)$ , ${[var]}={V}\cdot {A}$	Das Voltampere reactiv (var) ist die Einheit der elektrischen Blindleistung. Blindleistungen können sowohl kapazitiven als auch induktiven Ursprungs sein. Sie sind im Stromnetz unerwünscht, da sie zwar transportiert werden müssen, jedoch mechanisch nicht nutzbar sind.
Watt	W	$P(t)=U(t)\cdot \operatorname {Re} \;I(t)$ , ${[W]}={V}\cdot {A}$ $P={\frac {W}{t}}$ , ${[W]}={\frac {J}{s}}$	Das Watt (W) ist die SI-Einheit sowohl der elektrischen Wirkleistung als auch der allgemeinen mechanischen Leistung. Aus diesem Grunde existieren zwei Definitionen dieser Größe, die jedoch in einander überführbar sind.

Vorsilben zu den SI-Einheiten

Die SI-Einheiten zeichnen sich durch die Eigenheit aus, dass Vielfache der Grundeinheiten durch Vorsilben gebildet werden können.

Kürzel	Vorsilbe	Ursprung	Wert			Anwendungsbeispiel
E	Exa	gr. εξάκις, hexákis = sechsmal	10¹⁸	1 000 000 000 000 000 000	Trillion	Exajoule
P	Peta	gr. πεντάκις, pentákis = fünfmal	10¹⁵	1 000 000 000 000 000	Billiarde	Petajoule
T	Tera	gr. τέρας, téras = Ungeheuer / tetrákis = viermal	10¹²	1 000 000 000 000	Billion	Terawattstunde, TWh
G	Giga	gr. γίγας, gígas = Riese	10⁹	1 000 000 000	Milliarde	Gigawatt, GW
M	Mega	gr. μέγας, mégas = groß	10⁶	1 000 000	Million	Megawatt, MW Megawattstunde, MWh Megajoule, MJ
k	Kilo	gr. χίλιοι, chílioi = tausend	10³	1 000	Tausend	Kilowatt, kW Kilowattstunde, kwh Kilojoule, kJ Kilogramm, kg
h	Hekto	gr. εκατόν, hekatón = hundert	10²	100	Einhundert	Hektometer, hm
da	Deka	gr. δέκα, déka = zehn	10¹	10	Zehn	Dekanewton, daN
–	-	-	10⁰	1	Eins	Watt, W
d	Dezi	lat. decimus = zehnter	10^-1	0,1	Zehntel	Dezimeter, dm
c	Zenti	lat. centesimus = hundertster	10^-2	0,01	Hundertstel	Zentimeter, cm
m	Milli	lat. millesimus = tausendster	10^-3	0,001	Tausendstel	Millimimeter, mm
μ	Mikro	gr. μικρός, mikrós = klein	10^-6	0,000 001	Millionstel	Mikrosekunde, µs

Sonstige Schlüsselbegriffe

axial,radial und tangential

Alle drei Begriffe bezeichnen die Richtungen an einer Strömungsmaschine und orientieren sich an einem Rad, das auf eine Achse montiert wurde:

Axial: Die Richtung parallel zur Achse des Rades
Radial: Die Richtung von den äußeren Teilen des Rades zur Achse
Tangential: Die Richtung, die vom Ende eines Bogenstücks, das auf dem Umfang des Rades liegt, geradlinig weiterführt

Alle diese drei Richtungen stehen im rechten Winkel zueinander

Achse: Mit diesem Begriff bezeichnet man zunächst das Bauteil, welches das Lager eines Rades trägt. Achsen können selbst drehbar sein, sind aber meist fest gelagert, beispielsweise in einem Rahmen. Im Unterschied zur immer drehbaren Welle überträgt sie niemals ein Drehmoment. Im weiteren Sinne stellt sie die gedachte Mittellinie eines Bauteiles dar.
Welle: Dieses Bauteil dreht sich im Gegensatz zur Achse immer und überträgt stets ein Drehmoment.

Gleichstrom: Ein elektrischer Strom, der über die Zeit betrachtet seine Richtung nicht ändert. Gleichstrom kann bequem in Akkumulatoren gespeichert werden, dagegen ist es nicht möglich seine elektrische Spannung mit einem Transformator zu verändern.

Wechselstrom: Ein elektrischer Strom, der seine Richtung periodisch verändert. In Europa geschieht das im Normalfall 50 mal in der Sekunde; die Schwingung ist dabei sinusförmig. Wechselstrom kann problemlos transformiert werden und eignet sich daher für die Verteilung über größere Entfernungen.

Drehstrom: Es handelt sich hierbei um eine besondere Form des Wechselstromes. Zur Erzeugung eines Drehstromkreises werden drei Wechselstromkreise mit dem Phasenwinkel von 120° miteinander verknüpft. Diese drei verknüpften Kreise können beispielsweis im Inneren eines Elektromotors ein magnetisches Drehfeld erzeugen, das für den Antrieb des Motors benötigt wird. Ein weitere Vorteil dieses Systemes ergibt sich aus der Tatsache, dass in einem Drehstromssystem immer zwei elektrische Spannungen verfügbar sind.

Heizwert: Der Heizwert ist diejenige Wärme, die bei der Verbrennung einer bestimmten Menge eines Brennstoffes, welcher unter Normbedingungen vorliegt, freigesetzt wird. Er wird mit H _i ( alt H_u) bezeichnet, experimentell in Kalorimetern ermittelt und in Tabellen angegeben. Der Heizwert von Gas muss beim zuständigen Energieversorgungsunternehmen erfragt werden, da er je nach Mischung des Gases schwankt.

Brennwert: Ein um die Kondensationswärme des Wasserdampfes im Abgas/Rauchgas grösserer Heizwert. Der Brennwert wird mit H_s (alt H _o) bezeichnet und brennstoffabhängig in Tabellen angegeben, er liegt etwa 10% über dem Heizwert. Da beinahe bei jeder Verbrennung Wasserdampf entsteht, unterscheiden sich bei fast allen Brennstoffen Brenn- und Heizwert voneinander. Der Brennwert eines Brennstoffes kann in eigens dafür konstruierten Geräten/Anlagen ausgenutzt werden, indem das Abgas mittels Wärmetauschern unter den Kondensationspunkt des Wasserdampfes abgekühlt wird.

Strahlenschutzbereich: Der Begriffe entstammt aus dem deutschen Atomrecht und definiert innerhalb eines Kernkraftwerkes drei unterschiedliche Bereiche:

Überwachungsbereich: Das zur Umgebung abgezäunte Gebiet eines Kernkraftwerkes, Besucher müssen sich beim Betreten der Zone ausweisen
Kontrollbereich: Dieser Bereich darf nur zur Durchführung oder Aufrechterhaltung der vorgesehenen Betriebsvorgänge betreten werden. Die beauftragten Personen müssen ein Meßgerät zur Strahlungsmessung mit sich führen
Sperrbereich: Dieser Bereich darf nur unter Aufsicht einer fachkundigen Person betreten werden.