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Energieerhaltungssatz

Was steckt hinter dem Energieerhaltungssatz? Geben Sie zur Berechnung einfach unten nur die Summe der kinetischen Energie sowie die Summme der potenziellen Energie an.

Summe kinetische Energie [Nm]  
Summe potentielle Energie [Nm]  

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Bei diesem Effekt geht es um den Energieerhaltungssatz. Es geht genauer gesagt um einen Wert, den es zu ermitteln gilt. Hierbei wird Wert auf dies Erhaltungsgröße eines gewissen Energiesatzes gelegt. Auch die Erfahrung spielt dabei eine sehr große Rolle. Denn die Tatsache, dass es hier einen Wert gibt, wird mit in das Ergebnis einfließen müssen.

Diese Gleichung bezieht sich auf ein bestimmtes System, das zudem auch isoliert ist. Es geht des Weiteren um Bewegungsenergie. Diese verwandelt sich in Wärme und soll so sinnvoll sein und genutzt werden können. Energie muss schon vorhanden sein, denn es kann nicht in einem solchen System erzeugt werden. Diese Energie wird an einem anderen Ort aufgebaut. So beispielsweise im Ofen zu Hause. Sehr viele Physiker haben dieses Problem und müssen sich damit beschäftigen. Es geht auch um das System an sich. In diesem ist zunächst keinerlei Energie vorhanden. Die Naturwissenschaften wissen den Energieerhaltungssatz sehr zu schätzen und finden diesen ausserordentlich wichtig für das Fach. Sowohl die Chemie als auch die Physik wird von dem Energieerhaltungssatz profitieren. Nun geht es aber darum, dieses Wissen zu nutzen und sinnvoll anzuwenden.

Der Rechner

Der Rechner ist kostenlos und kann jederzeit von Ihnen genutzt werden. Sowohl Sie als Physikstudent als auch Sie als Physiker können den Rechner nutzen um Ihre Ergebnisse zu untermauern und zu beweisen. Sie werden beeindruckt sein, wie einfach es ist, den Rechner zu nutzen. Er muss lediglich mit passenden Zahlen bestückt werden und kann jederzeit Ihr kleiner Helfer in der Not sein. Es ist recht leicht. Der Rechner verfügt über Felder. Diese Felder haben Namen. Hierin müssen Sie die notwendigen Angaben machen. Das ist einfach und kann Ihrer Aufgabenstellung entnommen werden. Sie benötigen um ein Ergebnis zu bekommen noch die Summe der kinetischen Energie, die Ihr System erzeugt hat. Als weitere Eingabe muss noch die Summe der Potentiellen Energie angegeben werden. Dabei geht es vor allem um die Energie, die angestrebt worden ist. Diese gilt es nun auch zu errechnen.

Das Beispiel:

Wir werden nun im Anschluss eine kleine Beispielrechnung durchführen, die es erlaubt, diese Berechnungen zu stützen. Die Summe der kinetischen Energie kann in Newton Meter eingegeben werden. Hier kann dann eine Zahl wie 2563 stehen. Dann braucht es noch die Potentielle Energie. Hier können Sie einen Wert von 5236 eingeben. Dieser Wert sollte eigentlich erreicht werden. Nun geht es um das Ergebnis. Fordern Sie dieses ganz einfach mit einem Klick auf Berechnen an. Nun haben Sie folgendes Ergebnis bekommen: Die Summe der Energie beträgt : 7.799,00 Nm. Sie sollten noch wissen, dass diese Zahlen frei erdacht sind und ausschließlich Ihnen helfen soll, den Rechner besser zu verstehen. Es handelt sich dabei um ein tolles Tool, das es auf jeden Fall einzusetzen gilt. Sie werden sehen es war noch nie so einfach ein gutes Ergebnis zu bekommen und damit einiges zu beweisen. Vielleicht werden Ihre Studien ja davon profitieren und Sie haben wirklich etwas davon. Das sei Ihnen noch gewünscht.


Häufig gestellte Fragen

Energieerhaltungssatz berechnen

Der Energieerhaltungssatz geht in seiner endgültigen Fassung auf Hermann von Helmholtz zurück und wurde im 19. Jahrhundert entwickelt. Er besagt, dass Energie in einem „geschlossenen System“ nie verloren geht, sondern – daher der Name – immer erhalten bleibt. Der Energieerhaltungssatz ist damit eines der wichtigsten Prinzipien der modernen Naturwissenschaften.

Wie weit der Begriff des geschlossenen Systems gefasst werden kann, lässt sich daran ermessen, dass von der Wissenschaft selbst das Universum als geschlossenes System betrachtet wird. Die im Universum vorhandene Energiemenge gilt als unveränderlich – lediglich die Anteile der einzelnen Energieformen verschieben sich.

Wenn Energie nicht verloren gehen kann, dann muss die Frage beantwortet werden, was beispielsweise mit der elektrischen Energie geschieht, die wir vom örtlichen Stromanbieter teuer einkaufen. Würde es nicht reichen, sich einmalig eine bestimmte Energiemenge zu kaufen und diese immer wieder zu benutzen?

Unser Zuhause ist nun mal leider kein geschlossenes System, Energie kann aus unseren Räumen durchaus entweichen. Dies wird verständlich, wenn man die elektrische Energie in Lichtenergie umwandelt. Das Licht ist auch außerhalb des Gebäudes sichtbar, die bei diesem Anwendungsfall entstehende Abwärme wird als Verlust (aus dem System „Zuhause“) durch Fenster und Fassade abgegeben.

Ein Beispiel zur Veranschaulichung der Energieumwandlung aus dem Bereich der Mechanik ist das Pendel, also eine Kugel, die an einer Schnur aufgehängt ist und in eine regelmäßige Schwingung versetzt wird.

 

Praxisbeispiel zur Berechnung des Energieerhaltungssatz

Ein Pendel hat in seinem oberen Umkehrpunkt eine potentielle Energie Epot von 100 Nm gespeichert. Nach Loslassen des Pendels schwingt dieses durch seinen tiefsten Punkt zum anderen Umkehrpunkt. Wie groß ist die kinetische Energie Ekin0 im unteren Punkt ?

Ekin0    = Epot

    = 100 Nm

 

Was bedeutet kinetische Energie und was potentielle Energie?

Betrachtet man solch ein Pendel als geschlossenes System, aus dem keine Energie entweichen kann, so lassen sich zwei Betriebszustände während des Pendelns erkennen:

Pendel bewegt sich von einem Endpunkt der Bewegung zum anderen Endpunkt

Es ist unstrittig, dass das sich in Bewegung befindliche Pendel Energie speichert. Dies lässt sich am besten veranschaulichen, wenn man versucht, das Pendel abzubremsen – er erfordert eine der Bewegung entgegen gerichtete Energie, um das Pendel aufzuhalten. Die im Pendel gespeicherte wird kinetische Energie genannt („kinesis“ = Bewegung).

Pendel verharrt in einem Endpunkt der Bewegung, bevor es die Richtung umkehrt

In der oberen Stellung (den Umkehrpunkten des Pendels) ist die gesamte zuvor in der Bewegung gespeicherte Energie in der Position des Pendels gespeichert. Die zum Anheben des Pendels auf seinen höchsten Punkt benötigte Energie geht nach dem Energieerhaltungssatz nicht verloren – sie ist nur umgewandelt worden, in die Energie der Lage (potentielle Energie)

 

Wo spielt der Energieerhaltungssatz eine wesentliche Rolle?

Der Energieerhaltungssatz spielt in allen naturwissenschaftlichen und technischen Vorgängen eine Rolle. Wann immer eine Energieform in eine andere umgewandelt wird, gilt die Gesetzmäßigkeit, dass keine Energie verloren gehen kann – sie wird höchstens in eine unerwünschte oder nicht nutzbare Form umgewandelt.

Beim beschriebenen Pendel dürfte die Pendelbewegung eigentlich nie aufhören. Bedingt durch konstruktive Verluste (Reibung, Luftwiderstand) wird bei jeder Pendelbewegung aber etwas Energie in Wärme umgewandelt und geht dem System „Pendel“ verloren. Ein Konstrukteur technischer Anlagen muss sich also immer die Frage stellen, welche Energieformen in seinem System (seiner Maschine) entstehen, wie viel Energie diese Verluste dem System entziehen und konsequenterweise, wie diese Verluste abgeführt werden können (Stichwort: Kühlung von Wälzlagern).

 



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