Alfred Böge Technische Mechanik - PP99

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4.7 Energie
4.7.1 Energie, Begriffsbestimmung und Einheit
Unter bestimmten Bedingungen sind feste Körper,
Flüssigkeiten und Gase in der Lage, von sich aus
Arbeit zu verrichten. Das ist immer dann der Fall,
wenn an ihnen selbst vorher eine Arbeit aufgebracht
wurde. Die im Körper „gespeicherte“ Arbeit
kann dann „abgerufen“ werden:
Die im Körper gespeicherte Arbeitsfähigkeit
heißt Energie E des Körpers.
Kurz: Energie gleich Arbeitsfähigkeit.
Die Energie ist wie die Arbeit ein Skalar,
mehrere Energiebeträge dürfen also algebraisch
addiert werden.
Nach dem Ursprung des Arbeitsvermögens der
Körper unterscheidet man drei mechanische Energiearten:
die potenzielle Energie (Höhenenergie),
die kinetische Energie (Bewegungsenergie) und
die Spannungsenergie (Verformungsenergie) elastischer
Körper.
Darüber hinaus gibt es noch andere Energiearten,
z. B. Wärmeenergie, chemische Energie (in allen
Brennstoffen), Atomenergie, Druckenergie, elektrische
Energie, Strahlungsenergie (z. B. von der
Sonne).
Die verschiedenen Energiearten können ineinander
überführt werden. Man spricht dann von Energieumwandlung,
meint aber damit nicht nur die
Umwandlung von einer Energieart in eine andere,
sondern auch die Umwandlung von Energie in
mechanische Arbeit und umgekehrt.
Bei jeder technischen Energieumwandlung treten
„Verluste“ auf. Das heißt nicht, dass Energie „verschwindet“,
man meint damit nur, dass ein Teil der
Anfangsenergie für den beabsichtigten technischen
Zweck verloren geht.
4 Dynamik
Beispiele:
Der herabfallende Bär eines Fallhammers
verformt das Schmiedestück, verrichtet also
Verformungsarbeit (Formänderungsarbeit).
Ein fahrendes Auto prallt auf ein Hindernis.
Es verrichtet Formänderungsarbeit.
Eine vorher gespannte Schraubenfeder hebt
ein Werkstück. Sie verrichtet Hubarbeit.
Beispiele:
Der Bär des Fallhammers hatte in seiner
oberen Ruhelage potenzielle Energie
(Höhenenergie, Energie der Lage).
Das fahrende Auto besaß vor dem Aufprall
kinetische Energie (Bewegungsenergie).
Gespannte Federn aller Art besitzen Spannungsenergie
(Verformungsenergie).
Beispiele:
Die chemische Energie im Brennstoff wird in
Wärme umgewandelt, ebenso die Strahlungsenergie
der Sonne.
Jede Reibung erzeugt Wärme: Reibungsarbeit
wird in Wärme umgewandelt (Temperaturerhöhung
der Maschinenteile).
Bei technischen Vorgängen ist der Arbeitsaufwand
immer größer als der Nutzen. Diese
Tatsache führte zur Festlegung des Begriffes
Wirkungsgrad (siehe 4.5.6, Seite 210).