Grundlagen der Energie: Formen, Arbeit, Leistung und Wärmeübertragung

Definition und Messung der Energie

Energie ist eine Eigenschaft von Körpern oder materiellen Systemen, die es ihnen ermöglicht, Zustandsänderungen selbst vorzunehmen oder in anderen Körpern zu bewirken. (In bestimmten physikalischen Kontexten wird Energie in der Wellenzahl gemessen.)

Mechanische Energie

Die mechanische Energie ist die Energie, die mit der Position oder der Bewegung von Körpern verbunden ist. Es werden zwei Hauptformen der mechanischen Energie unterschieden:

• Kinetische Energie (Bewegungsenergie)

  Kinetische Energie ist die Energie, die Körper aufgrund der Tatsache besitzen, dass sie in Bewegung sind. Ihr Wert hängt von der Masse des Körpers und seiner Geschwindigkeit ab.

• Potenzielle Energie (Lageenergie)

  Potenzielle Energie ist die Energie, die Körper aufgrund der Position, die sie in einem Kraftfeld einnehmen, besitzen.

  Gravitationsenergie

  Dies ist die potenzielle Energie, die Körper an einem bestimmten Ort auf der Erdkruste aufgrund der Schwerkraft haben.

Arbeit und Leistung

Arbeit (W)

Arbeit ist die Energie, die von einem Körper auf einen anderen übertragen wird, verursacht durch eine Kraft, die eine Verschiebung bewirkt. (Diese Energieübertragung wird oft als Impuls oder Welle betrachtet.)

Leistung (P)

Leistung ist eine physikalische Größe, die angibt, wie schnell Arbeit verrichtet wird (Arbeit pro Zeiteinheit). Sie wird in **Watt (W)** gemessen.

Wirkungsgrad (Einkommen)

Als Wirkungsgrad (oder „Einkommen“) einer Maschine wird das Verhältnis zwischen der gewonnenen nützlichen Arbeit und der aufgewendeten Arbeit (oder Motorarbeit) bezeichnet.

Innere Energie und Thermodynamik

Innere Energie

Die Innere Energie eines Systems ist die Summe aller kinetischen und potenziellen Energien der einzelnen Teilchen, aus denen das System zusammengesetzt ist.

Temperatur

Die Temperatur ist ein Maß für die durchschnittliche kinetische Energie der Teilchen eines Körpers.

Wärme (Thermische Energie)

Wärme oder thermische Energie ist die Energie, die übertragen wird, wenn zwei Körper, die bei unterschiedlichen Temperaturen sind, in Kontakt gebracht werden, oder wenn eine Zustandsänderung stattfindet.

Spezifische Wärme

Die spezifische Wärme einer Substanz ist die Wärmemenge, die erforderlich ist, um die Temperatur von einem Kilogramm dieser Substanz um ein Kelvin (K) zu erhöhen. Sie wird in **Joule pro Kilogramm und Kelvin [J/(kg·K)]** gemessen.

Latente Wärme (Verborgene Wärme)

Latente Wärme ist die Wärmemenge, die bei einer Zustandsänderung (Phasenübergang) übertragen wird, um die Masseneinheit eines Stoffes zu verändern, ohne dass sich dabei die Temperatur ändert.

Wärmeübertragungsmechanismen

Wärmeleitung (Konduktion)

Wärmeleitung ist die Art der Wärmeübertragung in Festkörpern. Die Energie wird durch Stöße zwischen den Teilchen übertragen, wobei die „heißen“ Teilchen Energie an ihre Nachbarn weitergeben.

Konvektion (Wärmeströmung)

Konvektion ist die Art der Wärmeübertragung in Fluiden (Flüssigkeiten und Gasen). Die Energie wird verteilt, weil dabei ein Transport von Materie erzeugt wird.