Frage von KaioKing, 42

Ist Gravitationsenergie Anergie oder Exergie?

An sich ist sie ja in der Lage an einem Objekt Arbeit zu verrichten. Danke im voraus.

Hilfreichste Antwort - ausgezeichnet vom Fragesteller
von Hamburger02, Community-Experte für Physik, 24

Die potentielle Energie (Gravitationsenergie) besteht wie alle mechanischen sowie die elektrische Energie aus 100% Exergie. Der Anergiegehalt ist gleich 0. Lediglich Wärme, Innere Energie sowei chemische Energie haben einen Anergiegehalt.

Das kann man sich auch dadurch plausibel machen: Epot im Gravitationsfeld lässt sich ohne jeglichen technischen Aufwand vollständig in eine andere Energieform, z.B. Ekin umwandeln. Dazu braucht man den Körper nur fallen zu lassen. 

Im übrigen gibt es auch Maschinen/Geräte, die mit Epot betrieben werden, z.B. eine Pendeluhr mit Gewichten.

Kommentar von Hamburger02 ,

Danke fürn Stern

Antwort
von TheStone, 34

Was du meinst ist Lageenergie. Und die Antwort ist: Kommt drauf an... ;) 

Ein Stein, der auf dem Boden liegt, hat nur Anergie. Ein Stein, den du über ein Loch hältst hat so lange Exergie, bis er unten aufgeschlagen ist...

Antwort
von Ahzmandius, 37

Epot = m*g*h

Arbeit ist definiert als:

W=int(F*ds)

Betrachet man den Freien Fall, so zeigt F in die gleiche Richtung wie ds->

W=F*S

S ist der zurückgelegte Weg -> S=h

->

W=m*a*h a ist die Kraft in diesem Fall g -> W=m*g*h

->

Epot =W -> Epot ist Exergie.

Kommentar von TheStone ,

Streng genommen hat der Stein aber nicht nur so lange potentielle Energie, bis der freie Fall durch den Fußboden gebremst wird, sondern bis er im Erdmittelpunkt angekommen ist. Demnach ist die potentielle Energie eben nicht ausschließlich Exergie. Sobald der Stein auf dem Boden liegt, ist sie sogar ausschließlich Anergie.

Analog dazu kannst du auch ein Beispiel mit Wärmeenergie betrachten: Ein Behälter mit kochendem Wasser im 220° heißen Backofen hat keine Exergie. Sehr wohl aber der Selbe Behälter mit kochendem Wasser bei Zimmertemperatur. 

Kommentar von Ahzmandius ,

Nein! Die Potentielle Energie ist da Null, wo man den Nullpunkt legt.

Wenn man den Null Punkt in den Erdmittelpunkt legt, hast du Recht.

Legt man den Nullpunkt auf die Erdoberfläche, so ist die Potentielle Energie auf dem Erdboden gleich Null. Wäre das nicht so, könnte man die ganze Energie Erhaltung (Epot=Ekin(max)) nur im Erdmittelpunkt anwenden. So ist es aber nicht.

Exenrgie ist die Energie, die Arbeit verrichten kann und das und nichts anderes habe ich gezeigt.

Kommentar von Ahzmandius ,

Eine kleine Korrektur a ist natürlich nicht die Kraft, sondern die Beschleunigung^^

Antwort
von Semno, 42

Jede Kraft die indirekt wirkt kann man als ein Potential ansehen. Lageenergie z.B. ist im Grunde nichts anderes als eine Masse die von Gravitation angezogen wird, bzw es ist einfach nur Masse oder einfach nur Gravitation.

Erst wenn der Stein zum Rollen kommt wird das Potential abgebaut und Arbeit wird verrichtet.

Siehe auch ATP in den Muskeln und muskuläre Arbeit.

Kommentar von Ahzmandius ,

Das ist hochgradig unpräzise:

1)Was soll indirekt heißen?

2)Eine Kraft kann niemals als Potential angesehen werden. Man kann höchstens sagen, eine Kraft kann als Wirkung eines Potentials angesehen werden.

Das geht, dann wenn die Rotation des Kraftvektors null ist:

rotF(r)=0 -> E V(r), sodass -nablaV(r)=F(r)

Kommentar von Semno ,

Direkt = Kinetisch

Antwort
von Maimaier, 34

https://de.wikipedia.org/wiki/Exergie


"Die Exergie eines Systems oder Stoffstroms Esys setzt sich aus der inneren Exergie Ein, der chemischen Exergie Echem, der kinetischen Exergie Ekin und der potenziellen Exergie Epot zusammen"

https://de.wikipedia.org/wiki/Gravitationsenergie

"Die Gravitationsenergie ist in der Astrophysik die Bezeichnung für die potentielle Energie, die bei der Kontraktion von Himmelskörpern frei wird. "

Also: Wenn Materie sich zu Himmelskörpern verdichtet, dann wird die potentielle Energie zu thermischer Energie umgewandelt, irreversibel. Die Gravitationsenergie ist also Anergie.

Bekannt in dem Zusammenhang ist auch, das die Lufttemperatur direkt von der Höhe abhängt. Auf hohen Bergen oder bei Flugzeugen ist es sehr kalt, im Erdinneren wird es immer wärmer. Lageenergie wird in thermische Energie umgewandelt, weil die Moleküle herunterfallen und dadurch schneller werden, und wenn sie wieder nach oben zurückprallen wieder langsamer werden. (Die Temperatur ist umso höher, umso schneller die Moleküle hin- und hersausen).

Eigentlich ist das also gar kein "irreversibler" Vorgang, sondern eine Gleichgewichtssituation, Energie wird ständig in beiden Richtungen umgewandelt. Theoretisch gibt es gar keine irreversiblen Vorgänge. Praktisch jedoch ist unserer Technik Grenzen gesetzt, das macht dann eben doch viele Dinge irreversibel.

Kommentar von Ahzmandius ,

Irgendwie macht das keinen Sinn.

Einerseits sagst Epot ist Teil der Exergie und anderseits sagst du Gravitationsenergie wäre Anergie?

Kommentar von Maimaier ,

Die Gravitationsenergie ist NICHT die Lageenergie. Die Lageenergie wird umgewandelt in Gravitationsenergie. Siehe Definition Wikipedia. (die Lageenergie wird umgewandelt durch die Kontraktion)

Die Anergie ist der Teil der Energie, der "verloren" ist, der nicht zur Arbeit benutzt werden kann. Meist ist damit die Wärme gemeint, z.B. bei Reibung.

Wenn jetzt eine Gaswolke sich zu einem Himmelskörper verdichtet, wird Lageenergie in Wärme umgewandelt. Wir haben keine Maschine, die die Umgebungswärme in andere Energie umwandeln kann, daher ist diese Wärme Anergie. Ausnahme: Erdwärmekraftwerke.

In der Natur wandeln übrigens Pflanzen Wärmeenergie in chemische Energie um. Säugetiere wandeln dann wieder die chemische Energie in Wärmeenergie um über die Nahrung. In der Natur gibt es also keine Anergie oder Exergie, alles ist ein Kreislauf.

Kommentar von Maimaier ,

Der entscheidende Punkt ist wohl, das es keine Maschine gibt, die mit Gravitationsenergie betrieben wird. Daher also Anergie. Man kann nicht den Himmelskörper kollabieren lassen. (zum Glück)

Kommentar von Ahzmandius ,

Hä? steht aber in deinem Link was anderes

Die Gravitationsenergie ist in der Astrophysik die Bezeichnung für die potentielle Energie...

Und hier aus Wiki:

Die potentielle Energie (auch potenzielle oder Lageenergie genannt)

https://de.wikipedia.org/wiki/Potentielle_Energie

Du sagst aber:

Die Gravitationsenergie ist NICHT die Lageenergie.

Na was denn nun?

m*g*h (Epot) ist einfach die linieare Näherung der Gravitationsnergie. Gravitationsenergie ist die Potentielle Energie.

Kommentar von Maimaier ,

Stimmt, das war falsch. Gravitationsenergie ist Lageenergie.

Wenn die Lageenergie zur Exergie zählt, müsste also eigentlich auch die Gravitationsenergie dazu zählen. Praktisch aber ist die Gravitationsenergie nicht nutzbar, denn man kann ja nicht einen Himmelskörper kollabieren lassen. Das ist ein Unterschied zu einer Mühle, hier kann Lageenergie von Wasser in mechanische Energie umgewandelt werden. Obwohl also auch Gravitationsenergie eine Lageenergie darstellt, würde ich dennoch sagen das es zur Anergie zählt, da praktisch nicht nutzbar. Was nützt mir es, wenn ein Stein eine riesige Energie hätte wenn er bis zum Erdmittelpunkt fallen könnte, wenn das aber praktisch nicht nutzbar ist?

Also quasi ein Unterschied zwischen "praktisch nutzbarer Lageenergie" und "nicht nutzbarer Lageenergie".

Kommentar von Hamburger02 ,

Da bringst du einiges ein bisschen durcheinander. Versuche das mal zu sortieren.

Zu den Begriffen:
Potentielle Energie ist ein Oberbegriff für die Energie, die ein Körper in einem Kraftfeld besitzt. Die sie durch ein Kraftfeld "erzeugt" wird, ist Epot eine mechanische Energie.
Je nach dem vorliegenden Kraftfeld kann man Epot in Unterbegriffe aufspalten, z.B. Gravitationsenergie, Spannenergie oder magnetische Energie.
Lageeergie ist ein Begriff für Anfänger, Fortgeschrittene benutzen besser den Begriff Gravitationsenrgie, es ist aber das selbe, da das vorliegende Kraftfeld durch die Massenanziehung erzeugt wird.

Zum Bezugspunkt:
Alle mechanischen Energien benötigen ein Bezugssystem. Üblicherweise ist das die Umgebung und meistens ist das aus praktischen Erwägungen die Erdoberfläche.
Liegt ein Körper auf der Erdoberfläche, hat er Ekin = 0, wenn wir die Erdoberfläche als Bezugspunklt definieren. Nehmen wir als Bezugspunkt die Sonne und den Bereich außerhalb des Sonnensytems als Umgebung, dann müssten wir in allen Rechnungen die Ekin mitschleppen, die der auf der Erdoberfläche liegenden Körper dadurch hat, dass er zusammen mit der Erde um die Sonne rast. Das wäre unpraktisch.
Genauso ist es mit Epot, hier der Gravitationsenergie. Ich kann zwar den Erdmittelpunkt als Bezugspunkt festlegen, aber das macht keinen Sinn. Daher legt man den Bezugspunkt sinnvollerweise immer so, dass Epot dort zu 0 wird und die Rechnung erleichtert.
Strend genommen rechnen wir nie mit "absoluten" Energien sondern immer mit Energiedifferenzen, meisten in Bezug auf die Umwelt. Das das aber selbstverständlich ist, lässt man der Einfachheit halber das Delta weg.
Der Begriff Exergie beinhaltet von der Definition her immer den Bezug zu den Umgebungsbedingungen. Daher kann sich mit der Änderung der Umgebungsbedingungen auch der Exergiegehalt eines Systems ändern, selbst wenn am System selber keinerlei Änderung stattfindet.

Zur Umwandelbarkeit:
Epot ist wie alle mechanischen Energien vollständig in andere Energien umwandelbar, weswegen der Exergieanteil bei 100% liegt. Bei der Lageeenrgie ist das sogar am einfachsten, weil man einen Stein nur fallen lassen muss und schon wandelt sich Epot in Ekin um. Es wäre auch technisch kein Problem, Epot in Reibarbeit zu wandeln.

Kommentar von Maimaier ,

"Lageeergie ist ein Begriff für Anfänger, Fortgeschrittene benutzen besser den Begriff Gravitationsenrgie"

Das ist der springende Punkt: was ist mit Gravitationsenergie gemeint?

Ist damit die Lageenergie gemeint, dann passt das Beispiel mit dem fallenden Stein. In diesem Fall ist Gravitationsenergie dann Exergie.

In der Astrophysik ist der Begriff aber viel enger gefasst. (siehe Wikipedia) Hier ist es die Energie, die bei der Kontraktion der Himmelskörper frei wird. Ein fallender Stein hat damit nichts zu tun. In diesem Fall ist Gravitationsenergie dann Anergie.

Welche Definition hier wirklich gemeint ist, kann wohl nur KaioKing beantworten. Da er "Physik" und nicht "Astrophysik" als Thema schrieb, vermute ich das sie recht haben.

Kommentar von Hamburger02 ,

Du scheinst es nicht zu verstehen..also nochmal anders:

Gravitationsenergie ist die Energie, die ein Körper in einem Gravitationsfeld hat. Gravitation ist nichts anderes als Massenanziehung. In der Schule am Anfang des Physikunterrichtes wird oft anstatt "Gravitationsenergie" der Begriff "Lageeenergie" verwendet, weil sich die Schüler darunter besser etwas vorstellen können. Kommen sie dann höher, fragen sie sich, was der Unterschied zur Gravitationsenergie sei. Es gibt keinen Unterschied, außer die verschiedenen Wörter. Und die Astrophysiker benutzen nur den Begriff Gravitationsenergie, weil "Lageeenergie" im kosmischen Maßstab eher verwirrt als der Vorstellung  auf die Beine zu helfen.

Das Gravitationsfeld sorgt sowohl dafür, dass ein Stein fällt als auch, dass ein Stern kolabiert. Wenn ein Stern kolabiert ist es nichts anderes, als dass alle "Steine" auf der Oberfläche sich Richtung Mittelpunkt der Gravitation bewegen. Das Garvitationsfeld sorgt auch dafür, dass ein hochliegender Stein Lageenergie hat. Im Prinzip ist alles dasselbe und es besteht kein Anlass, künstliche Widersprüche zwischen Physik und Astrophysik zu erzeugen.

Gravitationsenergie ist nie Anergie, sei doch nicht so bockig. ;-)

Und wenn einer die Definitionen kennt, dann bestimmt ich. Wurde oft genug darauf gedrillt;-) Habe bei dem Professor im Hauptfach studiert, der die Begriffe Exergie und Anergie in die Physik eingeführt hat.



Kommentar von Maimaier ,

https://de.wikipedia.org/wiki/Gravitationsenergie

Die Formel für die Erde ist hier etwa 3/5*g*m(erde)^2/radius(erde). Eine gigantische Menge an Energie. Wie kann diese Energie vom Menschen in eine andere Energie umgewandelt werden?

Ich bin es nicht, der Unterschiede zwischen Physik und Astrophysik erzeugt. Die unterschiedliche Formel war schon früher da.

Kommentar von Ahzmandius ,

Was ist eigentlich Gravitationsenergie?

Gravitationsenergie ist per Definition die Energie, die man benötigen würde um einen Körper, der durch die Gravitation zusammengehalten wird, in einzelne kleine Massen zu zerlegen und unendlich weit zu bringen.

Das ist also völlig Äquivalent zur Definition einer Potentiellen Energie einer Masse, im Schwerefeld einer andren Masse.

Der Unterschied ist nur, dass die Gravitationsenergie sich auf die ganze Masse des Körpers bezieht.

Die gravitative Bindungsenergie ist diejenige Energie, die benötigt wird, um einen durch Gravitation zusammengehaltenen Körper (z. B. die Erde) in sehr viele winzige Bestandteile zu zerlegen und diese unendlich weit voneinander zu entfernen. Umgekehrt wird die gleiche Energiemenge freigesetzt, wenn sich diese Bestandteile zu einem gravitativ gebundenen Körper zusammenfügen. Dies geschieht beim Kollaps einer Gaswolke zu einem kompakteren Himmelskörper, etwa einem Stern (s. auch Jeans-Kriterium), und führt zu einer Erwärmung der Wolke.

https://de.wikipedia.org/wiki/Bindungsenergie#Gravitation

Des Weiteren ist die Gravitationsenergie auch auf jeden Fall Exergie. Bei Kontraktion der Gaswolke z.b. wird nämlich diese Energie frei und erwärmt die Gaswolke(Gravitationsenergie wird zur Wärme)

Antwort
von Starstalker, 38

Meiner Meinung nach weder noch.

Schon der Begriff Gravitationsenergie ist falsch. Gravitation ist eine Kraft. 

Eine Energieform wird bei Verrichtung von Arbeit umgewandelt (z.B. Bewegung in Wärme) was aber bei der Gravitation nicht der Fall ist.

Kommentar von TheStone ,

Natürlich ist das der Fall. z.B. Wenn potentielle Energie in Bewegungsenergie umgewandelt wird und bei Speicherkraftwerken beispielsweise anschließend auch noch in Strom.

Kommentar von Starstalker ,

Dann sprichst du aber von Lageenergie, die mit Hilfe von Gravitation in Bewegungsenergie, Reibung und Wärme umgewandelt wird.

Kommentar von Ahzmandius ,

Was soll am Begriff Gravitationsenergie falsch sein??? Man müsste halt nur wissen wie es definiert ist.

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