31März
Physik: Energie
Die Energie ist eine Zustandsgröße, die z.B. ein Körper besitzen kann. Wenn man diese Energie umsetzen kann, was nicht immer der Fall ist, so ist diese Energie in einer bestimmten Zeit Arbeit. Energie heißt aber nicht, dass man mit dieser sicher Arbeit verrichten kann. Energie ist demnach nur ein Momentzustand.
Das besondere an den verschiedenen Energieformen ist, dass die Energie immer erhalten bleibt, das heißt Sie geht / kann nicht verloren gehen, der so genannte Energieerhaltungssatz. Energie wird in Joule [J] angegeben. Das Physikalische Formelzeichen ist E.
Mechanische Energie
Es gibt verschiedene Formen von mechanischer Energie. Die bekanntesten und am meist genutzten ist die kinetische sowie die potentielle Energie. Ein Körper kann beide beinhalten, z.B. ein Satellit, der sich in einer bestimmten Höhe um die Erde bewegt.
Kinetische Energie ist die Bewegungsenergie, die ein Körper besitzen kann. Die Vorraussetzung ist, dass der Körper eine Masse ist. Die potentielle Energie ist Höhenenergie, die ein Körper besitzen kann. Auch hier muss der Körper eine Masse besitzen.
Eine Mischung aus der potentiellen und kinetischen Energie wäre die Schwingungsenergie. Ein Beispiel wäre hier z.B. ein Fadenpendel. Der Körper – die Masse – hat an den Maximalausschlägen eine potentielle Energie. Durch die Umsetzung der Energie in Arbeit (Bewegung) wandelt sich die potentielle Energie immer mehr in kinetische Energie um, bis das Pendel an dem Wendepunkt angekommen ist. Hier besitzt der Körper nur noch kinetische Energie.
Geräusche sind ebenso mechanische Wellen, das heißt sie werden durch Schwingung erzeugt (bei einem Lautsprecher durch eine Membran – ein Metallblättchen – das durch einen Magneten vor und zurückbewegt wird).
Masse als Energie
Auch Masse besitzt eine Energieform, selbst wenn diese nicht in einer Höhe ist, oder bewegt ist. Diese Energie nennt man Ruheenergie. Bei physikalischen Rechnungen kann sie vernachlässigt werden, solange sich Teile in andere Elemente wandeln. Diese Form der Energie wird z.B. bei einem Kernkraftwerk frei. Die Ausgangsstoffe haben ein höheres Gewicht als das der Endprodukte. Diese Massendifferenz wird auch als Massendefekt bezeichnet. Diese Massendifferenz wurde im Kernkraftwerk als Wärmeenergie frei.
Bei der Paarbildung wird die Energie von elektromagnetischen Wellen genutzt, um ein Elektron sowie ein Positron zu erzeugen. Beide Teile haben eine Masse, die elektromagnetische Welle ist verschwunden.
Licht als Energie
Das sichtbare Licht ist eine elektromagnetische Welle die eine Wellenlänge von 380 bis 780 nm (Nanometern [
]) besitzt. Sie ist keine mechanische Welle wie der Schall. Je kürzer die Wellenlänge ist, dadurch wird die Frequenz höher, desto energiereicher ist die Welle. Röntgenstrahlen haben sehr kurze Wellenlänge, aus diesem Grund sind sie auch sehr Energiereich.
Diese Energie kann wie bei oben beschrieben (Masse als Energie: Paarbildung) in z.B. Masse umgewandelt werden. Bei dem Photoeffekt schlägt die Welle ein Elektron aus einem Metall aus.
Das besondere an dieser Energie ist, dass sie vorhanden ist, obwohl keine reelle Masse dahinter steht. Ein Lichtteil, das Photon, hat normalerweise keine Masse, durch Umrechung kann man diesem aber auch eine Masse „geben“ oder „zurechnen“. Hier wird das Photon nun als Quant bezeichnet.
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