Energie - Arbeit, Energie, Energiesatz - Zusammenfassung
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Compendio „<strong>Energie</strong> & Wärmelehre“ –<br />
Teile A & B: <strong>Energie</strong>, <strong>Energie</strong>umwandlungen<br />
<strong>Zusammenfassung</strong><br />
1) <strong>Arbeit</strong> W (engl. work):<br />
- Physikalisch wird <strong>Arbeit</strong> verrichtet, wenn ein Körper durch eine Kraft bewegt wird<br />
(Kraft F erzeugt Wegverschiebung s ).<br />
<br />
- Es gilt: W = F ⋅ s = F⋅ s = F⋅ s⋅<br />
cosα wobei<br />
ll<br />
- Einheit der <strong>Arbeit</strong>: 1 N⋅m = 1 Joule = 1 J<br />
- Einige <strong>Arbeit</strong>sformen:<br />
➮ Anheben einer Masse (Hubarbeit): W = m⋅ g⋅<br />
h<br />
α: Zwischenwinkel von F und s<br />
F ll<br />
: Kraftanteil in Richtung des Weges<br />
1<br />
➮ Beschleunigen einer Masse (Beschleunigungsarbeit): W = ⋅m ⋅ v<br />
2<br />
➮ Reibungsarbeit: W = F ⋅s = µ ⋅F ⋅s<br />
1<br />
➮ Spannen einer Feder: W = ⋅D ⋅ s<br />
2<br />
R<br />
N<br />
2<br />
mit D: Federkonstante<br />
2<br />
2) <strong>Energie</strong>, <strong>Energie</strong>austausch:<br />
- <strong>Energie</strong> = „Kapital“ eines Körpers; gespeicherte(s) <strong>Arbeit</strong>(svermögen) in einem System;<br />
besitzt ein Körper <strong>Energie</strong>, so hat er die Fähigkeit <strong>Arbeit</strong> zu verrichten<br />
- Wird <strong>Arbeit</strong> verrichtet, so findet ein Austausch von <strong>Energie</strong> statt (Bsp: Körper 1 verrichtet<br />
<strong>Arbeit</strong> an Körper 2 → Die <strong>Energie</strong> von Körper 1 nimmt ab, die <strong>Energie</strong> von Körper 2<br />
nimmt zu).<br />
- Einige <strong>Energie</strong>formen:<br />
➮ Lageenergie (potentielle <strong>Energie</strong>): E = m ⋅ g⋅h<br />
1<br />
➮ Bewegungsenergie (kinetische <strong>Energie</strong>): Ekin<br />
= ⋅m ⋅ v<br />
2<br />
1<br />
➮ Elastische <strong>Energie</strong>/Deformationsenergie (potentielle <strong>Energie</strong>): E<br />
elast<br />
= ⋅D⋅s<br />
2<br />
pot<br />
2<br />
2<br />
3) Leistung P (engl. power):<br />
<strong>Arbeit</strong> W<br />
Leistung P<br />
P = W J<br />
= ⇒ ⇒ P = = 1 Watt = 1 W<br />
benötigte Zeit t t<br />
s<br />
Compendio „<strong>Energie</strong> & Wärmelehre“ – A/B: <strong>Energie</strong>(-umwandlungen) - <strong>Zusammenfassung</strong> 1
4) <strong>Energie</strong>satz, Wirkungsgrad:<br />
- <strong>Energie</strong> entsteht nicht aus dem Nichts, <strong>Energie</strong> kann aber auch nicht vernichtet werden<br />
(<strong>Energie</strong> geht nicht verloren !). <strong>Energie</strong> wird beim Verrichten von <strong>Arbeit</strong> von einer<br />
Form in eine andere umgewandelt (Umwandlung der verschiedenen <strong>Energie</strong>formen<br />
ineinander möglich).<br />
- Wirkungsgrad η: Mit dem Wirkungsgrad drückt man die Effizienz einer <strong>Energie</strong>umwandlung<br />
aus. Er wird definiert als Verhältnis von erwünschter abgegebener <strong>Energie</strong><br />
E ab zu benötigter zugeführter <strong>Energie</strong> E zu : η =<br />
ab<br />
(η=1 ≡ 100%)<br />
E<br />
E<br />
- <strong>Energie</strong>satz der Mechanik:<br />
➮ Bei einem abgeschlossenen System (keine <strong>Energie</strong>zu- oder -abfuhr): Die Summe<br />
aus E pot und E kin konstant.<br />
Etotal = Epot + Ekin<br />
= konstant oder E + E = E + E<br />
zu<br />
pot,1 kin,1 pot,2 kin,2<br />
➮ Bei einem offenen System (<strong>Energie</strong>austausch mit Umgebung, <strong>Arbeit</strong>sverrichtung<br />
W):<br />
E = E + W oder E + E + W = E + E<br />
total,2<br />
total,1<br />
pot,1 kin,1 pot,2 kin,2<br />
Falls W > 0: Am System wird <strong>Arbeit</strong> verrichtet, die <strong>Energie</strong> nimmt zu; falls W < 0: Das<br />
System verrichtet <strong>Arbeit</strong>, die Gesamtenergie nimmt ab<br />
- <strong>Energie</strong>satz allgemein:<br />
Etotal = Epot + Ekin + EWärme + Echemisch + E<br />
elektr.<br />
+ ... = konstant<br />
5) Flaschenzug, Hebel (ein-/zweiseitig):<br />
- Flaschenzug, Hebel und hydraulische Pressen sind Kraftwandler, <strong>Arbeit</strong> kann mit diesen<br />
aber nicht eingespart werden: Was an Kraft eingespart wird, schlägt sich beim<br />
Weg dazu !<br />
- Zugkraft F beim Flaschenzug: F = F<br />
G<br />
/ (Anzahl tragende Seile)<br />
- Hebel: feste Achse mit Drehpunkt<br />
Hebelgesetz: Kraft ⋅ Kraftarm = Last ⋅Lastarm ⇒ F ⋅ l = F ⋅l<br />
1 1 2 2<br />
Compendio „<strong>Energie</strong> & Wärmelehre“ – A/B: <strong>Energie</strong>(-umwandlungen) - <strong>Zusammenfassung</strong> 2