Ist Druck eine Energieform?
Mann kann ja mit einem Motor, der Energie benötigt, eine Gas komprimieren. Wenn man es dann wieder rauslässt, kann man damit Arbeit verrichten, zum Beispiel eine Turbine antreiben.
Meine Frage ist jetzt, ob es so etwas wie Druckenergie gibt oder ob die Energie beim Zusammendrücken in irgendeiner anderen Form gespeichert wird.
7 Antworten
Themenbereich der Thermodynamik.
Grundsätzlich: Druck p ist die Kraft F die auf eine Fläche A wirkt.
Man könne erst denken es wäre eine gerichtete Kraft, aber die Kraft "erscheint" erst dann gerichtet, wenn der Druck im Inneren eines Körpers anders ist als der Druck, der auf den Körper wirkt.
Im klassischen Stoßmodell der idealen Gase würde man es wie folgt erklären:
Die Temperatur ist eine statistische Größe, ein Maß für die etwa mittlere kinetische Energie der Gasteilchen im Inneren des Körpers (nicht ganz richtig, aber für das Verständnis genügend).
Die kinetische Energie, oder Bewegungsenergie, beschreibt in ihrem Wert die fortschreitende, also gerichtete Bewegung der Gasteilchen. In Summe ist die Bewegung der Teilchen nicht gerichtet, denn alle Kraftvektoren würden sich zu 0 summieren. Wenn ein Teilchen gegen eine Wand stößt, dann geschiet dies elastisch.
Nun schlägt eine gewisse Zahl an Teilchen mit einer gewissen Frequenz gegen die Wand: Hier ist der Druck zu spüren.
Wenn nun der Druck im Inneren und um den Körper gleich ist, stoßen kräftetechnisch die gleichen Kräftevektoren von Innen und Außen gegen die Wand: Keine Druckdifferenz vorhanden.
Wenn dies nun verändert wird, z.B. durch Gaskompression, d.h. Senken des Körpervolumens bei gleichbleibender Anzahl von Teilchen, dann folgt hieraus eine Steigerung der Stoßfrequenz im Inneren des Körpers.
Dies resultiert in eine gefühlte Steigerung der gerichteten elastischen Stöße der Teilchen gegen die Innenwände. Ergibt sich auch aus der Logik, denn Verkleinerung der Flugstrecke bei gleichbleibender Geschwindigkeit ergibt kürzere Flugzeit bis zum Stoß.
Es entsteht eine Kraft im Inneren, deren Vektor nach Außen zeigt, und größer ist als die von Außen wirkende Kraft gegen den Körper. Gibt man nun den Körper die Möglichkeit sich auszudehnen, dann tut er es auch bis beide Kraftvektoren sich wieder die Waage halten.
Ich bin nicht unbedingt ein Physiker, daher spreche ich mal von einer Art "rebounce"-Effekt der mechanischen Energie durch elastische Stöße.
Wohl eher ein Medium um Kräfte zu übertragen.
Wie es in der Realität aussieht, kann ich nicht genau sagen, denn bekanntlicherweise erhöht sich für reale Gase bei der Gaskompression auch die Temperatur der Teilchen, damit erhöht sich auch reell die Kraft der einzelnen Teilchen (preiset die Erfindung des Kühlschranks!)
Also am Ende wissen wir wieder nichts und hiermit verabschiede ich mich. :D
Danke :) Aber jemand aus diesem Fachbereich würde mir an den Ohren ziehen. Ein zwei fachlich nicht genaue Aussagen habe ich getroffen, aber für ein Laien sollte dass zu genüge reichen.
Wichtig: Lese die Antwort von atoemlein, der hat noch die Erklärung geliefert, wieso man druckbelastete Körper als Speicher für die potentielle Energie sehen kann.
Und ich habe es nochmal durchgelesen und muss sagen, für einen Laien zu kompliziert geschrieben. Dass man das versteht setzt schon bisschen Erfahrung voraus :D
Die habe ich, ich beschäftige mich schon einige Zeit mit Physik:
Druckluft ist durchaus eine Form, in der Energie gespeichert werden kann. Es ist aber keine eigene Energieform, sondern wird zu der potentiellen Energie gerechnet.
Druck hat die Dimension einer Energiedichte (Energie pro Volumen):
Druck allein ist streng genommen noch keine Energieform. Genausowenig wie Kraft.
Allerdings kann man Energie speichern, indem man Druck aufbaut oder eine Kraft über einen gewissen Weg wirken lässt. Diese Art der Energie kann der potentiellen Energie zugerechnet werden: Ein solcher Zustand muss das Potential haben, einen andern Zustand (mit tieferer Energie) anzunehmen.
Genau so müsste dann die Energie wieder zurückgewonnen oder freigesetzt werden. Druck muss sich also gegenüber einem schwächeren Druck entspannen können, oder Kraft muss sich in Bewegung umwandeln.
Dass ist die Antwort wieso ich nun verstehe, dass man es als Speicher für potentielle Energie sehen kann.
Ja, in der Schule lernt man potentielle Enerige meist nur als Energie der (erhöhten) Lage eines Körpers (in einem Gravitationsfeld) kennen.
Genauso hat aber ein Elektron in einem El.feld eine potentielle Energie, oder ein Stück Eisen in einem Magnetfeld.
Verallgemeinert ist es eben jede Kraft, die "freigesetzt" werden kann und dabei etwas in Bewegung setzt (Feder, Luftdruckspeicher u.ä.). Sie aber deswegen schon als Energieform zu bezeichnen, ist physikalisch nicht zulässig.
Deine Erklärung ist auch sehr anschaulich, wenn auch vielleicht nicht direkt eine Antwort auf die Frage.
Druck ist eine Energiedichte, also Energie pro Volumen.
Multipliziert man also einen Druck (=Energiedichte) mit einem Volumen, dann erhält man eine Energie.
Danke, du hast ja, wie ich gerade sehe, schon zweimal auf meine Frage geantwortet.
Danke für diese tolle Antwort! Das hat mich wirklich weitergebracht! Zwar war dem ersten Lesen nicht gleich alles klar, aber nach mehrmaligem Durchlesen und Überlegungen konnte ich alles nachvollziehen.