Potentielle Energie Gase?
Ein mit Helium gefüllter Ballon würde sofort in die Luft steigen und damit die potentielle Energie steigen. Aber was kann man als Energie-Quelle betrachten. Welche Energie wird in potentielle Energie umgewandelt. Man kann doch nicht sagen: Echemisch->Ekin->Epot
2 Antworten
Um deine Frage einigermaßen erschöpfend zu beantworten, muss ich leider etwas ausholen.
Dein Problem ist ein ontologisches Problem. Die Ontologie ist ein Teilgebiet der Philosophie und beschäftigt sich unter anderem mit Begriffen, insbesondere mit deren exakter Definition, sauberer Abgrenzung gegenüber anderen Begriffen, der Einteilung in Kategorien und der korrekten Verwendung von Begriffen und Kategorien.
„Energie“ ist ein Begriff aus einer Kategorie, die alle eine gemeinsame merkwürdige Eigenschaft haben. Das sind Begriffe, die solange allen Beteiligten klar sind, solange man nichts erklärt oder definiert. Versucht man den Begriff näher zu erfassen, wird es immer verschwommener und irgendwann entgleitet er einem völlig. Das was man weiß, wird immer kleiner und das, was man nicht weiß, wird immer größer. Andere Begriffe aus dieser Kategorie wären z.B. Zeit, Masse, Gravitation, Quanten, Liebe, Gott, Seele oder Schicksal. Fragt man einen Laien „Was ist das?“, erhält man eine Antwort „Das ist das und das“. Fragt man dagegen einen Fachmann, der sich schon intensiv damit beschäftigt hat, erhält man häufig die Antwort „Ich weiß es nicht“!.
In der klassisch-modernen Physik hört man oft die Definition "Energie ist die Fähigkeit, Arbeit zu leisten". Diese Definition ist in der modernen Physik, die mit der Theorie Dissipativer Strukturen begründet wurde und für die Ilya Prigogine 1977 den Nobelpreis erhielt, so nicht mehr gültig. Demnach ist Energie die "Substanz", der wir die Existenz des Universums verdanken sowie die Tatsache, dass sich das Universum ständig verändert und nicht in einem Zustand verharrt. Um Harald Lesch zu zitieren: „Alles wird von Energiepotenzialen angetrieben. Ohne Energiepotenziale gibt es keine Physik, da einfach nichts mehr passiert.“
Um dieses Problem zu umgehen, teilt man Energie in verschiedene Oberkategorien ein, mit denen man dann schon mehr anfangen kann. Das wären elektrische Energie, thermische Energie, mechanische Energie, chemische Energie, Kernenergie, Strahlungsenergie. Hoffe, dass ich keine vergessen habe.
Beleuchten wir nun die Kategorie "mechanische Energieformen" weiter. Zu den mechanischen Energien zählen kinetische Energie, potenzielle Energie und Arbeit.
Potenzielle Energie ist aber immer noch kein Einzelbegriff, sondern umschreibt immer noch eine ganze Kategorie von Begriffen. Diese Kategorie ist definiert als "Potenzielle Energie ist die Energie, die ein Körper aufgrund seiner Lage in einem Kraftfeld hat".
Je nachdem, worin dieses Kraftfeld besteht, kommen wir nun aus dem Bereich der Kategorien bzw. der Oberbegriffe endlich zum Bereich von Einzelbegriffen. Lageenergie oder exakter Gravitationsenergie beschreibt die Lage in einem Gravitationsfeld. Spannenergie beschreibt die Lage in einer mehr oder weniger gespannten Feder, Auftriebsenergie ist die Energie, die ein Körper durch die Kraft des Auftriebes hat. Alle diese Energieformen gehören aber zu den potenziellen Energien.
Verwirrung entsteht nun regelmäßig dadurch, dass wenn das einzige zu berücksichtigende Kraftfeld die Gravitation ist, dass dann mal der exakte Begriff Gravitationsenergie, aber auch der Oberbegriff potenzielle Energie verwendet wird. Das ist nicht falsch, führt aber dann zur Verwirrung, wenn man zwei unterschiedliche potenzielle Energien vorliegen hat wie in deinem Fall.
Wenn man z.B. ausrechnen soll, wie hoch man eine Kugel schießen kann, die auf einer gespannten Feder liegt, wird eine Form von potenzielller Energie, in diesem Fall von Spannenergie, in eine andere Form von potenzieller Energie, also Gravitationsenergie bzw. Lageenergie umgewandelt.
So auch beim Heliumballon. Die Lage im Auftriebsfeld ist vergleichbar mit einer gespannten Feder. Es liegt Auftriebsenergie vor, die auch nur eine spezielle Form von potenzieller Energie darstellt. Diese Auftriebsenergie wird umgewandelt in Gravitations- bzw. Lageenergie. Es findet also eine Energieumwandlung innerhalb der Kategorie der potenziellen Energien statt.
Hauptsache sie hat sich gelohnt und alle Klarheiten wurde beseitigt. ;-)
Kurz: die potentielle Energie der darüber liegenden Luft. Die strömt ja nach unten weshalb der ballon steigt.
Danke für die Mühe