|
|
| (92 dazwischenliegende Versionen des gleichen Benutzers werden nicht angezeigt) |
| Zeile 1: |
Zeile 1: |
| − | ==Einführung und Beispiele==
| + | #WEITERLEITUNG [[Das Konzept der Energie (Energieträger und Potential)]] |
| − | [[Bild:Wasserglas.jpg|thumb|Das Glas ist gefüllt mit 0,2l Wasser, doch wieviel Energie steckt in ihm?]] | + | |
| − | ===Energiemenge eines Wassergefüllten Glases===
| + | |
| − | *Es gibt verschiedene Energieträger (Energieformen):
| + | |
| − | **warme Gegenstände: Entropie (thermische Energie)
| + | |
| − | **zusammengedrückte oder auseinandergezogene Gegenstände: ??? (Spannenergie)
| + | |
| − | **hochgehobene Gegenstände: Schwerefeld (Lageenergie)
| + | |
| − | **sich bewegende Gegenstände: Impuls (Bewegungsenergie)
| + | |
| − | *Bei einigen Energieträgern ist die enthaltene Energiemenge vom Bezugssystem abhängig:
| + | |
| − | ** Schwerefeld (Lageenergie)
| + | |
| − | **Impuls (Bewegungsenergie)
| + | |
| − | | + | |
| − | | + | |
| − | | + | |
| − | | + | |
| − | *Energie ist das Geld der Physik. Man bewertet damit Situationen.
| + | |
| − | :Es ist alles andere als selbstverständlich, daß wirklich sämtliche Situationen vergleichbar und in einer Einheit auch bewertbar sind.
| + | |
| − | *Energie ist eine Erhaltungsgröße, sie kann weder erzeugt, noch vernichtet werden. (Im Gegensatz zum Geld gibt es auch weder Inflation noch Deflation :)
| + | |
| − | * In der Regel ist die absolute Energiemenge eines Körpers uninteressant. Man interessiert sich viel mehr für die Energiemengen, die hinaus oder hineingehen.
| + | |
| − | * Die Veränderungen der Energiemenge kann man durch einen Energiestrom beschreiben, bei dem gleichzeitig auch der Energieträger strömt.
| + | |
| − | *Um eine gespeicherte Energiemenge zu bestimmen, muss man den heraus- oder hereinfließenden Energiestrom integrieren.
| + | |
| − | *Es ist (leider!?) auch üblich der gespeicherten Energie einen anderen Namen zu geben als der Energie, welche strömt. Man nennt die gespeicherte Energie eine Zustandsgröße, die strömende eine Prozessgröße.
| + | |
| − | :{|
| + | |
| − | |''Zustandsgröße''
| + | |
| − | |''Prozessgröße''
| + | |
| − | |-
| + | |
| − | |mechanische Energie
| + | |
| − | |mechanische Arbeit
| + | |
| − | |-
| + | |
| − | |thermische Energie
| + | |
| − | |Wärme
| + | |
| − | |}
| + | |
| − | | + | |
| − | | + | |
| − | {|border=1
| + | |
| − | |'''''Mengenartige (extensive) Größen'''''
| + | |
| − | |'''''haben zugehörige Eigenschaften (intensive Größen), welche man Potential nennt.'''''
| + | |
| − | |-
| + | |
| − | |'''E: Energiemenge <math>[E]=\mathrm{J \quad(Joule)}</math>
| + | |
| − | |
| + | |
| − | |-
| + | |
| − | |'''S: Entropiemenge <math>[S] = \mathrm{Ct \quad (Carnot)}</math>
| + | |
| − | |'''ν: absolute Temperatur <math>[T] = \mathrm{K \quad (Kelvin)}</math>
| + | |
| − | |-
| + | |
| − | |'''V: Volumen <math>[V] = \mathrm{m^3}</math>
| + | |
| − | |'''p: Druck <math>[p] = \mathrm{Pa \quad (Pascal) = 10^{-5}bar}</math>
| + | |
| − | |-
| + | |
| − | |'''m: Masse <math>[m] = \mathrm{kg}</math>
| + | |
| − | |'''gh: Schwerepotential <math>[gh] = \mathrm{m^2/{s^2} }</math>
| + | |
| − | |-
| + | |
| − | |'''p: Impuls <math>[p] = \mathrm{Hy \quad (Huygens)= kg \frac{m}{s}} </math>
| + | |
| − | |'''v: Geschwindigkeit <math>[v] = \mathrm{m/s} </math>'''
| + | |
| − | |-
| + | |
| − | |'''Q: el. Ladung <math>[Q] = \mathrm{C \quad (Coulomb)}</math>
| + | |
| − | |'''φel: el. Potential <math>[\varphi_{el}] = \mathrm{V \quad (Volt)}</math>
| + | |
| − | |-
| + | |
| − | |'''n: Stoffmenge <math>[n] = \mathrm{mol}</math>
| + | |
| − | |'''μ: chem. Potential (freie molare Standardenthalpie) <math>[\mu] = \mathrm{J/{mol} \quad (Joule/Mol)}</math>'''
| + | |
| − | |}
| + | |
| − | | + | |
| − | | + | |
| − | ==Berechnung der Energiemengen bei konstantem Beladungsmaß (Potential)==
| + | |
| − | ===Schokolade===
| + | |
| − | [[Datei:Schokolade_Halbfabrikat.jpg|thumb]]
| + | |
| − | Bei einer Tafel Schokolade steht auf der Packung: Brennwert pro 100g: 2570 kJ.
| + | |
| − | | + | |
| − | Das bedeutet, dass ihr chemisches Potential <math>\varphi_{ch}=25700 \frac{kJ}{kg} \approx 26 \frac{MJ}{kg}</math>beträgt.
| + | |
| − | | + | |
| − | Bei einer Masse von 200g ergibt sich:
| + | |
| − | | + | |
| − | <math>E= 0,2 kg \cdot 25700 \frac{kJ}{kg} = 5140 kJ \approx 5 MJ</math>
| + | |
| − | | + | |
| − | ===Atombombe===
| + | |
| − | [[Datei:OperationGrappleXmasIslandHbomb.jpg|thumb|Explosion einer englischen Wasserstoffbombe, 1957]]
| + | |
| − | Auch bei einer Atombombe ist das Beladungsmaß konstant, es gilt nämlich die berühmte Formel:
| + | |
| − | | + | |
| − | <math>E= m \, c^2</math>
| + | |
| − | | + | |
| − | Das heißt, die Masse der Atomkerne ist der Energieträger und wenn diese sich bei der Kettenreaktion verkleinert, so speichern die Kerne weniger Energie.
| + | |
| − | | + | |
| − | Der Faktor <math>c^2</math> gibt an, wie stark die Masse mit Energie beladen ist, nämlich mit <math>299792458^2 \frac{J}{kg} \approx 9 \cdot 10^{16} \frac{J}{kg} = 90000000 \frac{MJ}{kg}</math>. Das ist eine ganze Menge!
| + | |
| − | | + | |
| − | ===Benzin===
| + | |
| − | Zum Vergleich: Benzin hat ein chemisches Potential von ca. <math>40 \frac{MJ}{kg}</math>.
| + | |
| − | | + | |
| − | | + | |
| − | ==Energieübertragung bei Fließgleichgewicht==
| + | |
| − | ===Ein Wasserkraftwerk===
| + | |
| − | [[Datei:Hydroelectric_dam_german.png|thumb|Schematischer Aufbau eines Wasserenergiewerkes]]
| + | |
| − | Ein Wasserkraftwerk versorgt Haushalte und Industrie mit Strom. Es benutzt die Energie, die im aufgestauten Wasser enthalten ist, um den elektrischen Strom anzutreiben.
| + | |
| − | | + | |
| − | Genauer wird die Energie vom Wasser auf die bewegte Turbine und die Generatorwelle umgeladen. Danach wird im Generator die Energie von der Bewegung auf die Elektrizität umgeladen.
| + | |
| − | | + | |
| − | Während das Kraftwerk läuft, fließt ein konstanter Energiestrom vom Wasser bis in die elektrische Ladung. Auch der Wassertrom in die Turbine hinein und heraus ist konstant. Der Impuls der Turbine ist auch konstant, denn es fließt genausoviel Impuls hinein, wie heraus. (Oder, anders ausgedrückt, die anteibende und die bremsende Kraft ist gleichgroß.) Ebenso fließt genausoviel elektrische Ladung in den Generator hinein wie heraus. Daher spricht man bei jeder Umladung von einem ''Fließgleichgewicht''.
| + | |
| − | | + | |
| − | | + | |
| − | (Bemerkung: In der Umgangssprache heißen die großen Energie"lieferanten", welche den Strom aus der Steckdose fließen lassen aus historischen Gründen "Kraftwerke", obwohl sie uns gar keine Kraft im physikalischen Sinne liefern.)
| + | |
