Arbeit Energie Inhalt Begriffe Arbeit Energie Physikalische Vorgnge

Arbeit, Energie

Inhalt • Begriffe: Arbeit, Energie • Physikalische Vorgänge mit Bezug zu Energie • Der Energie-Erhaltungssatz • Energie Austausch zwischen Systemen • Energie im konservativen elektrischen und im Gravitationsfeld • Energie im Wirbelfeld

Arbeit und Energie • Die Energie eines Systems ist ein Maß für die an ihm zu- bzw. abgeführten Arbeit • Äquivalente Begriffe des „täglichen Lebens“: – Energie verhält sich zu Arbeit wie Kontostand zu Kontobewegungen – Beachte: Stabile Währung, Kontostand immer > 0

Arbeit, Energie gibt es in Verbindung mit • • • Kraft, Weg, Geschwindigkeit Transport elektrischer Ladung Feldstärken, d. h. zum Feld-Aufbau Elektromagnetischen Wellen Wärme Massen

Der Energieerhaltungssatz • Die Gesamtenergie bleibt konstant, Energie kann aber ausgetauscht und umgewandelt werden • Systeme, in denen dieser Satz gilt, nennt man „abgeschlossen“

„Wi chti gste Phy Forme l de sik“ r „Arbeit ist Kraft mal Weg“ SI-Einheit: 1 Nm=1 J (1 Joule)

Arbeit ist Austausch von Energie Joule Dem System wird Arbeit zugeführt: Vorzeichen: Plus Joule Vom System wird Arbeit abgeführt: Vorzeichen: Minus -1 1 „System 1“ „System 2“

Arbeit und Energie in Beziehung zu Kraft und Weg

Definition der Arbeit Formel SI Einheit Anmerkung 1 Nm=1 J Konstante Kraft in „ 1 Joule“ einem Intervall 1 J Die Kraft sei Funktion des Weges 1 N Kraftvektor 1 m Vektor eines Weg. Intervalls

Beispiel (1): Arbeit im Gravitationsfeld Joule 1

Beispiel (2): Arbeit im elektrischen Feld

Arbeit bei unterschiedlicher Richtung von Kraft und Weg

Beispiel (3): Arbeit im Gravitationsfeld Joule 1

Skalarprodukt zweier Vektoren am Beispiel der Arbeit 1 J Arbeit 1 N Kraft 1 m Weg 1 rad Winkel zwischen beiden Vektoren

Skalarprodukt zweier Vektoren • Das Ergebnis ist eine Zahl, ein „Skalar“ • „Produkt aus dem Betrag des ersten Vektors und dem Betrag der Projektion des zweiten auf den ersten“ oder: • „Produkt der Beträge beider Vektoren und dem Cosinus des Winkels zwischen ihnen“

Arbeit bei „Geschlossenen Wegen“

Das gesamte System bestehe aus zwei Teil-Systemen: 1. Kondensator mit positiver Ladung 2. Gewicht im Gravitationsfeld

Arbeit im elektrischen Feld bei „geschlossenem Weg“ Joule -1 1

Keine Arbeit auf geschlossenen Wegen – in „konservativen“ Feldern • • • Auf dem Weg von + nach – wird aus dem System (1) Energie abgeführt und dem System (2) zugeführt, z. B. zum Heben des Gewichts Zur Rückführung von - nach + wird die Energie aus System (2) dem System (1) wieder zugeführt In Summe wurde keine Arbeit geleistet

„Konservatives“ Feld Joule -1 le e a is m r e Fo ibw re h Sc 1

„Konservatives“ Feld le e a is m r e Fo ibw re h Sc

Beispiele zur Arbeit in elektrischen Feldern • 1. Bewegung einer Ladung in einem konservativen elektrischen Feld • 2. Bewegung einer Ladung in einem elektrischen Wirbel-Feld

Arbeit bei „geschlossenem Weg“ Felder mit dieser Eigenschaft bezeichnet man als „konservativ“

Nicht konservativ: Das elektrische Wirbelfeld Elektrische Feldstärke Geschlossener Weg

Das Wirbelfeld entsteht um ein zeitlich veränderliches magnetisches Feld Magnetische Feldstärke Elektrische Feldstärke

„Perpetuum Mobile“ im Wirbelfeld? • Ein elektrisches Wirbelfeld entsteht um ein zeitlich veränderliches magnetisches Feld • Die Energie wird von außen zum Feldaufbau zugeführt

Potential, Spannung • In konservativen Feldern kann man jedem Punkt ein „Potential“ zuordnen: Quotient aus der Arbeit, die aufzubringen ist, um mit einem geeigneten Probekörper den Punkt zu erreichen, und der Ladung des Probekörpers • Eine Potentialdifferenz zwischen zwei unterschiedlichen Orten in einem elektrischen Feld nennt man „elektrische Spannung“