Was ist Energie?

stealth_mx · Anmeldungsdatum: 31.10.2009 Beiträge: 17

Hallo, ich bin neu hier und habe direkt eine Frage. Kann mir jemand Energie erklären. Wir hatten eine Aufgabe in der Schule, in der hieß es: bestimme wie viel Energie gebraucht wird um ein Elektron mit der Ladung

und der Spannung

in einem Plattenkondensator von einer Seite auf die andere zu bringen. Dann müsste man ja nur W=Q*U rechen. Problem ist nur ich kann mir das überhaupt nicht vorstellen. Ich weiß, dass es 2 Formen der Energie gibt. kinetische und potentielle. Wobei wenn ein Gegenstand in einer Translation befindet Epot=min und E=max ist. Und anders rum. Aber trotzdem kann ich damit nur wenig anfangen. Epot hängt ja von der Höhe ab. Aber wie ist das dann im Weltall? Da gibt es ja keine Gravitation. Wäre toll, wenn mir das jemand erläutern könnte. also mechanische und elektrische Energie.
mfg

GvC · Anmeldungsdatum: 07.05.2009 Beiträge: 14861

Das was eine Masse im Gravitationsfeld an potentieller Energie hat, hat eine Ladung im elektrischen Feld ebenfalls an potentieller Energie (daher auch der Name des elektrischen Potentials.

Wenn Du eine Masse gegen die Gravitationsfeldkraft um h verschiebst, erhöhst Du die potentielle Energie und steckst diese Energiedifferenz als Arbeit hinein:

W = F*h

mit F = m*g (Newton)

Wenn Du eine Ladung gegen die elektrische Feldrichtung um d verschiebst, erhöhst Du ihre potentielle Energie und musst diese Energie als Arbeit hineinstecken:

W = F*d

mit F = Q*E (Coulomb)

(Da im homogenen Feld E*d = U, egibt sich für die Energie tatsächlich W = Q*U)

Dass es im Weltall keine Gravitation gebe, ist eine sehr vereinfachte Vorstellung. Aber nehmen wir mal an, das sei so. Dann kannst Du, wie sonst auch, eine Masse nur dadurch in Bewegung setzen, dass Du der Masse Energie zuführst. Das tust Du, indem Du eine Kraft F über eine gewisse Strecke auf die Masse einwirken lässt, also einen Energiebetrag von W = F*s in das "System" hineinsteckst. Diese Energie ist anschließend zwar nicht als potentielle Energie vorhanden (es gibt ja kein Gravitationsfeld), wohl aber als kinetische Energie m*v²/2.

stealth_mx · Anmeldungsdatum: 31.10.2009 Beiträge: 17

Achso! jetzt wird mir einiges deutlich! Und nehmen wir an dieses Teilchen bekommt im Weltall (ohne Gravitationsfeld) eine Kraft zugeführt (In Form eines Stoßes) so behält es diese Energie bis es irgendwo einschlägt. (Energieerhaltungssatz?). Da bleibt nur noch eine Frage hätte ein Teilchen im Weltall (ohne Gravitationsfeld) eine Energie wenn es sich da nur aufhalten würde. D.h keine Bewegung und auch keine Krafteinwirkung? Ich denke mal es würde keine Energie vorhanden sein? Aber wenn man bedenkt das ein Teilchen aus Atomen dementsprechend Elektronen besteht und Sie dauerhaft in Bewegung sind. Und das alles zusammen verwirrt mich! grübelnd

GvC · Anmeldungsdatum: 07.05.2009 Beiträge: 14861

Natürlich hat ein Masseteilchen auch einen Energieinhalt in Form von Bindungsenergie usw. (lässt sich auch auf potentielle und kinetische Energie zurückführen), wo sonst käme die Energie bei der Kernspaltung her. Aber solange keine Energieumwandlung initiiert wird, bleibt das Teilchen im Zustand der Ruhe oder der Bewegung, sofern keine äußeren Kräfte darauf wirken.

stealth_mx · Anmeldungsdatum: 31.10.2009 Beiträge: 17

Achso. Ok danke!

munich · Anmeldungsdatum: 04.02.2006 Beiträge: 255

In der Tat ist das Thema komplizierter als man auf den ersten Blick meint:

Der Witz an der Energie ist, dass sie eigentlich gar nicht absolut definiert ist! Du kannst dir den Nullpunkt beliebig wählen, also kannst du dir auch irgendwo ein Teilchen zu einem bestimmten Zeitpunkt suchen und sagen dieses Teilchen hat jetzt potentielle Energie Null. Ähnlich ist es bei der kinetischen Energie, wenn du dich einfach mit dem Teilchen mitbewegst und dich als ruhend definierst hat das Teilchen aus deiner Sicht auch kinetische Energie Null!

Es kommt bei Energien also immer darauf an wie du deinen Nullpunkt wählst! Meistens machst du das eben so, dass du am einfachsten rechnen kannst, also für die Potentielle Energie den Nullpunkt an dem Ort, an dem das System ein Minimum an potentieller Energie einnimmt und die kinetische Energie so, dass du dich als externen Beobachter als ruhend annimmst.

Nun wird's noch interessanter, oben hast du ja schon etwas vom Massendefekt gehört, da siehst du ja schon, dass Energie und Masse irgendwie verknüpft sein müssen. Und wie? Du kennst die Formel ganz sicher:

Google doch mal nach Elektron Positron Vernichtung, da siehst du die direkte Umwandlung von Masse in Energie!

In der Tat ist es zum Beispiel so, dass in der Teilchenphysik Massen von Teilchen meistens in MeV also Megaelektronenvolt angegeben werden, was in der Schule ja als Energieeinheit eingeführt wird.

Wenn du dazu mehr wissen willst googlest du am besten mal ein bisschen dazu oder suchst in Wikipedia oder Wikibooks.

franz · Anmeldungsdatum: 04.04.2009 Beiträge: 11583

Die Konstanz bestimmter Bewegungsintegrale mechanischer Systeme hat sehr tiefliegende Gründe. Aus der Homogenität der Zeit beispielsweise ergibt sich die Größe Energie, aus der Homogenität des Raumes der Impuls. [Also keinerlei Willkür, wie es dem Schüler vielleicht erscheinen mag]

munich · Anmeldungsdatum: 04.02.2006 Beiträge: 255

Ja, das mit den Symmetrien wird dann aber schon recht anspruchsvoll.