Verschiedene Energieformen
Energie gibt es in verschiedenen Formen:
Bewegte Körper haben Bewegungsenergie, verformte elastische Körper haben Spannenergie, gehobene Körper Höhenenergie. Energie kann von einem Körper auf einen anderen übertragen werden. Energie kann ihre Form wandeln.
Die Energie wird in Joule [j] angegeben.
Bewegte Körper, gespannte Federn
- Eine Feder ist ein elastischer Gegenstand, zieht man diese auseinander, so erhält man eine Spannenergie
- Eine Batterie speichert elektrische Energie
Ein Spielzeug Auto kann diese elektrische oder Spannenergie in Bewegungsenergie umwandeln. Daraus lässt sich schließen, dass jedes bewegende Objekt eine Energie benötigt.
WICHTIG! Energie ist nicht das gleiche wie Kraft. Ein Körper behält seine Bewegung bei, solange kein Störfaktor auf ihn wirkt (Reibung), obwohl nach dem Beschleunigen des Körpers keine Kraft mehr auf den Körper wirkt.
Gehobene Körper
Höhenenergie ist die Energie, die in der möglichen Fallhöhe gespeichert ist. Wenn ein Gegenstand fällt, dann wird er von allein schneller, das bedeutet der Körper gewinnt an Bewegungsenergie. Die Energie war vorher Höhenenergie, diese nimmt beim Fall ab.
Die Höhenenergie entsteht durch eine andere Energie. Das bedeutet wer Energie hat kann einen Körper nicht nur Bewegungsenergie, sondern auch Höhenenergie verschaffen. Ein Beispiel für den Prozess der Umwandlung von Höhenenergie zur Bewegungsenergie ist eine fallende Kugel.
Energieumwandlung
Die Energieumwandlung beschreibt einen Vorgang, bei dem Energie von einer Energieform in die andere umgewandelt wird.
Energieübertragung
Unter einer Energieübertragung versteht man allgemein den Austausch von Energie über eine Systemgrenze hinweg
Energieerhaltung
Energieerhaltung bei Energieumwandlung
Die Gesamtenergie eines Körpers kann auf verschiedene Energieformen verteilt sein. – Ohne Energieübertragung von oder zu anderen Körpern bleibt die Gesamtenergie des Körpers konstant.
Energieerhaltung bei Energieübertragung
Sind bei Energieübertragung und -umwandlung ohne Reibung mehrere Körper beteiligt, so bleibt die Summe aus Bewegungs-, Spann- und Höhenenergie all dieser Körper erhalten.
Energieerhaltung bei Reibung
Tritt Reibung auf so gehört zur Energiesumme die innere Energie der beteiligten Körper und der Umgebung.
Das wichtigste zusammengefasst
Symbol: W
W= = FS * s
Einheit: 1J [Joule] = 1Nm
Mechanische Energieformen
- Höhenenergie
- Bewegungsenergie
- Spannenergie
Man erkennt mechanische Energie eines Körpers an seiner Geschwindigkeit, Höhenänderung oder Verformung
Bei Reibung nimmt die innere Energie der beteiligten Körper und der Umgebung zu.
Energieerhaltung
Die Gesamtenergie eines Körpers kann auf mehrere Energieformen verteilt sein. Ohne einen Störfaktor bleibt die Gesamtenergie konstant.
Leistung
Oft ist nicht die übertragene Energiemenge von Interesse, sondern die Schnelligkeit, mit der dies geschieht (Leistung).
Symbol: P
P = W : t
Einheit: 1W [Watt]
Versuch 1 (Pendelnde Kugel)
Versuchsaufbau
Versuchsbeobachtung
Nach dem man die Kugel bis zum Kopf gezogen hat und los lässt, fängt sie an zu pendeln. Sie kommt allerdings nicht bis zum Punkt, an dem sie los gelassen wurde.
Versuchserklärung
Auf die Kugel erhält Höhenenergie, indem man sie bis zum Kopf zieht. Diese Energie wird in Bewegungsenergie umgewandelt, dies ist daran zu erkennen, dass die Kugel schneller wird.
Durch die Bewegungsenergie gewinnt die Kugel wieder an Höhenenergie und der Prozess beginnt von vorne. Ohne Störfaktoren wie der Luftwiderstand würde sich der Prozess unendlich oft wiederholen, was auf eine Energieerhaltung schließt
Versuch 2
Versuchsaufbau
Versuchsbeobachtung
Spannt man eine Feder mit einer befestigten Kugel, so bewegt sich die Kugel auf und ab. Auch bei diesem Versuch kommt die Kugel nicht ganz an die untere Position wie beim ersten Spannen.
Versuchserklärung
Durch das Spannen der Feder wandelt erhält der Körper, in diesem Fall die Feder, Spannenergie, diese wird bei dem Prozess, bei dem die Kugel wieder nach oben geht, in Höhenenergie umgewandelt. Bei diesem Prozess sorgen Störfaktoren wie der Luftwiderstand dafür das bei jeder auf und ab Bewegung ein wenig Energie verloren geht. Ohne diese Störfaktoren würde auch bei diesem Versuch sich die Kugeln unendlich lange auf und ab bewegen, das heißt die Energie bleib bei dem Prozess erhalten, man spricht also von einer Energieerhaltung.
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