Wieso haben Arbeit und Energie die gleiche Formel?
Wieso haben Arbeit und Energie die gleiche Formel? Wie ist das Verhältnis der beiden Größen?
Ich versteh nicht so ganz den Unterschied oder ist das vllt. dasselbe? zb. hat epot die gleiche formel wie ehub.
Und kann mir jemand erklären was für ein Verhältnis Ekin und epot haben? Denn in meinem Hefter steht ekin gleich epot und ich kann mich nicht mehr daran erinnern wieso. Gibt es denn ein Unterschied zwischen epot und ekin?
3 Antworten
Energie ist der große Oberbegriff, der in verschiedene Fälle aufgeteilt wird.
Eine Unterkategorie von Energie ist mechanische Energie.
Die mechanischen Energien werden weiter aufgeteilt:
- kinetische Energie (Bewegungsenergie)
- potentielle Energie, die weitere Unterkategorien hat:
- Lageenergie (Epot)
- Spannenergie (Feder)
- etc. Da gibts noch mehr, fallen mir jetzt aber auch nicht alle spontan ein
- Arbeit. Arbeit ist definiert als mechanische Energie, die die Systemgrenze überschreitet. Dazu gibt es mehrere Möglichkeiten:
- Verschiebearbeit (z.B. bei einem Kolben)
- Wellenarbeit (bei einer drehenden Welle, die aus dem System rausguckt
- Hubarbeit
- etc.
Da Arbeit Energie ist, die die Systemgrenze überschreitet, verändert sich der Betrag der Inneren Energie eines Systemes genau um diesen Betrag der Arbeit.
Ekin = Epot gilt nur für einige Spezialfälle, wenn sonst keine weitere Energie mehr im Spiel ist. Das trifft z.B. beim Freien Fall auf, wo nach Energieerhaltungssatz Epot im höchsten Punkt = Ekin im niedrigsten Punkt ist.
Das sind grad mehrere Fragen, ich versuch's kurs:
- Ekin ist kinetische Energie, Bewegungsenergie. Ein fallender Stein hat Ekin.
- Epot ist potentilelle Energie, Energie der Lage (der Position). Eine Position gegenüber einer Grund-Position, in der man ihm die Energie null zuordnet (z.B. ganz am Boden). Epot braucht immer einen Bezugspunkt, eine Bezugshöhe. Ein Stein, der über dem Boden hängt/schwebt, hat Epot.
- Oft werden die beiden Formen ineinander umgewandelt. Beispiel: Ein Stein liegt oben auf der Kante deines Kleiderschranks. Er hat dort potentielle Enerige gegenüber dem Boden (er hat das Potential, runterzufallen). Meist bezieht man diese pot. Energie auf den tiefsten Punkt, auf den er fallen kann. Dafür gibt's die Formel Epot=m*g*h (Masse mal Gravitationsbeschleunigung mal Höhe (über dem Boden)).
- Wenn der Stein von der Kante fällt, wandelt sich seine Epot in Ekin um, in Bewegung. Da am Boden die Epot per Definition null ist, wurde die ganze Epot in Ekin umgewandelt. Dem sagt man Energieerhaltung. Die Formel ist eine ganz andere: Ekin = 0,5*m * v^2. Zwischen Anfang und Ende des Sturzes hat er immer beides, er bewegit sich schon, und hat auch noch potentielle Enerige.
Arbeit und Energie kannst du als zwei Erscheinungsformen des Gleichen betrachten; sie haben die gleiche Einheit (z.B. und im Allgemeinen Joule J)
Arbeit und Energie sind eigentlich identisch, es ist nur eine begriffliche Unterscheidung, jenachdem, ob man einen Zustand oder einen Prozess sieht.
- Energie verstehst du am besten als Zustand. Es ist etwas vorhanden als gespeichertes "Arbeitsvermögen". Beispielsweise eine geladene Batterie, oder eben der Stein, der theoretisch runterfallen könnte.
- Arbeit ist ein Prozess, und zwar ein Energie-Umwandlungs-Prozess. Beispiel ein Motor, der dreht. Oder der Stein, der runterfällt, verrichtet Fall-Arbeit (das sagt allerdings fast niemand), das Umgekehrte benennt man häufiger: Um den Stein hochzuheben, muss man Hub-Arbeit verrichten. Diese Hub-Arbeit ist dann als Lage-Energie gespeichert, also als Epot.
- Deine Hubarbeit (Ehub oder Whub) ergibt also am Schluss Epot. Wegen der Energieerhaltung kann man oft beides auch mathematisch gleichsetzen.
Ekin ist Epot da die Energie Erhaltung gilt.
Lageeneegie wird zu bewegungsenergie und umgekehrt (beispiel: fadenpendel)
Um eine unbekannte Größere auszurechten kann man deshalb die beiden Energien gleichsetzen.