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“

„Arbeit ist Kraft mal Weg“ „Wichtigste Formel der Physik“ „Arbeit ist Kraft mal Weg“ SI-Einheit: 1 Nm=1 J (1 Joule)

Arbeit ist Austausch von Energie Joule Joule Dem System wird Arbeit zugeführt: Vorzeichen: Plus Vom System wird Arbeit abgeführt: Vorzeichen: Minus -1 1 -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 „1 Joule“ Konstante Kraft in 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: Kondensator mit positiver Ladung 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 1 Formale Schreibweise

„Konservatives“ Feld Formale Schreibweise

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“