Arbeit und Energie in der Physik, wie in 5 Minuten erklären?

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4 Antworten

Nehme mal an Schule Mittelstufe?

Energie ist gespeicherte Arbeit. Zieht man ein Spielzeugauto mit Federwerk auf, so investiert man Arbeit, und die so gespeicherte Energie steht auf Abruf bereit (potentielle Energie). Fährt das Auto dann los, hat es aufgrund seiner Geschwindigkeit kinetische Energie. Irgendwann kommt es zum Stehen, die Energie ist in Wärme umgesetzt worden. Wärmeenergie kann nicht vollständig in andere Energieformen (zurück) umgewandelt werden.

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Kommentar von akonder
17.09.2016, 11:59

Ja, Mittelstufe !

Und mehr brauche ich nicht zu erklären, muss man zwingend ein Rechenbeispiel/Formel ?

Kann das mit der Formel weniger nachvollziehen !

So wie du das geschrieben hast ist mir das verständlich, vielen Dank dafür !

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Energie ist der Oberbegriff.

In der klassischen Physik kann man sagen, Energie ist die Fähigkeit, Arbeit zu leisten.
Allgemeiner kann man sagen, Energie ist die physikalische Grundgröße, die bewirkt, dass überhaupt etwas im Universum passiert und es nicht statisch im immer gleichen Zustand verharrt.

Arbeit tritt immer nur als Wechselwirkung zwischen einem System und seiner Umwelt auf. Dabei wird Energie der Umwelt und Energie des Systems ausgetauscht. Man kann Arbeit auch als eine spezielle Form der Energieübertragung zwischen System und Umwelt sehen.

Mechanische Arbeit entsteht durch die Wirkung einer Kraft auf die sich bewegende Systemgrenze.
Beispiel: Beschleunigung eines Körpers

Andere Formen von Arbeit:
Volumenänderungsarbeit  (Luftpumpe)
Wellenarbeit (Handrührer)
elektrische Arbeit (Raum mit einem elektrischen Heizkörper)

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Arbeit und Energie sind das Wegintegral der Kraft. Kräfte erfahren wir direkt, Energie ist eigentlich nur eine Rechengröße die es im Universum so gibt oder nicht gibt, wie z.B. die Zahl 1033. 

Z.B. die Federenergie. Wir wissen dass die Rückstellkraft F einer Feder proportional der Auslenkung x ist. Mit der spezifischen Federkonstanten D kann man folgende Gleichung formulieren

F = -D * x  [Vorzeichen weil die Kraft der Auslenkung entgegen gesetzt ist]

Hat man nun die Feder bis x ausgelenkt, hat man Arbeit an dem System verrichtet, die nun in gleicher Größe als Energie E in dem System gespeichert ist.

E = Integral von 0 bis x von -D * x dx 

= -D * [1/2x²] von 0 bis x

= -1/2 * Dx²

Über das Noether Theorem lässt sich beweisen, dass Energie und Arbeit in einem abgeschlossenen System immer konstant sind. Durch die zuvor verrichtete Arbeit an der Feder wurden die Level der chemischen Energiespeicher unseres Körpers um einen deutlich höheren Betrag erniedrigt. Der Rest der chemischen Energie ging als Wärme in den Muskeln verloren. 

 

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MERKE : "Energie ist Arbeitsvermögen". Führt man einer Arbeitsmaschine Energie zu,so verrichtet diese Arbeit.

Beispiel : Lkw - Dieselmotor Wirkungsgrad n=40 %

Energiegehalt von Diesel (Heizöl) hu= 42000 KJ/Kg (Kilojoule pro Kilogramm)

davon 40 % ergibt Ezu=42000 KJ * 0,4=16800 KJ

Führt man einen Dieselmotor mit 40 % Wirkungsgrad 42000 KJ Energie zu,dann sind an der Kurbelwelle 16800 KJ mechanische Arbeit verfügbar.

Damit kann man nun z.Bsp. eine Masse m über eine Seilwinde anheben.

Beispiel : m= 20000 Kg wie hoch kann man dies Masse über eine Seilwinde anheben ?

Epot = m *g* h ergibt h=Epot/(m * g)

h=16800000 Joule/(20000 Kg * 9,81 m/s^2)=85,626 m

HINWEIS : hu=unterer Heizwert und ho=oberer Heizwert

ho=hu + Abgasenergie

Wenn man die Abgase auf 0° abkühlt (Normzustand) und diese Abgasenergie zu hu addiert, erhält man den ho-Wert

Dies ist der Energiegehalt des Bennstoffs bezogen auf den Normzustand

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