Energiearten, Energieumwandlung

Transkript

1 Energie Aus dem täglichen Leben ist sicher folgende Aussage bekannt: Ich bin voller Energie Wenn Du aber voller Energie bist, dann hast du ein grosses Bedürfnis etwas zu tun, eine bestimmte Arbeit zu verrichten. Genau so ist es in der Physik, Energie möchte Arbeit verrichten! Energiearten, Energieumwandlung Im Fernsehen, im Radio, in der Zeitung. wird immer wieder über die Energie berichtet. z.b. über die Energiesteuer, über Atomenergie usw. Welche Energiearten sind Dir bekannt? S o n n e n e n e r g i e. E l e k t r i s c h e E n e r g i e. W i n d e n e r g i e. K e r n e n e r g i e. C h e m i s c h e E n e r g i e. W a s s e r e n e r g i e (z.b. Stausee) u.a.m. Im Gübsensee ist Energie gespeichert (= potenzielle Energie; später mehr). Wenn das Wasser in die Tiefe stürzt, kann unten damit eine T u r b i n e angetrieben werden (= mechanische Energie). Mit dieser Turbine wird ein G e n e r a t o r angetrieben (= elektrische Energie). Die elektrische Energie wird über die Hochspannungsleitungen über das ganze Land verteilt. Mit dieser elektrischen Energie wird z.b. in deiner Firma ein D r e h b a n k angetrieben. Es kann also mit der Wasserenergie welche im Gübsensee gespeichert ist A r b e i t verrichtet werden. 1 kpt

2 Die Energie hat die Fähigkeit A r b e i t zu verrichten. Energie ist g e s p e i c h e r t e Arbeit. Energie kann weder H E R G E S T E L L T noch V E R N I C H T E T ; Energie kann nur u m g e w a n d e l t, g e s p e i c h e r t o d e r t r a n s p o r t i e r t werden. Die potenzielle Energie (Energie der Lage) Am Zahnrad wird eine bestimmt Arbeit verrichtet. W = F * s = F G * h = m * g * h Wenn das Zahnrad auf dem Tisch liegt, ist die hineingesteckte Arbeit jedoch noch vorhanden in Form von p o t e n z i e l l e r E n e r g i e. h Jeder Körper, der auf einer bestimmten Höhe liegt, hat eine p o t e n z i e l l e E n e r g i e. Diese potentielle Energie (=Energie der Ruhe, Lageenergie) entspricht genau der hineingesteckten Arbeit W. W = F * s = F G * h = m * g * h h Wir erkennen: Je grösser die Masse m, desto g r ö s s e r die potentielle Energie. Je grösser die Höhe h, desto g r ö s s e r die potentielle Energie. Somit: W pot = F G h = m g h Einheiten: = = kpt

3 1. Beispiel: 274,68 J Berechne die potentielle Energie W pot vom Zahnrad, wenn es eine Masse von m = 35 kg hat und auf dem Tisch liegt. Tischhöhe h = 0,8 m. 2. Beispiel: 4572,46 J Berechne die potentielle Energie W pot von einem Stahlwelle (Dichte ρ = 7,85 kg/dm 3 ). Der Durchmesser beträgt d = 300 mm und die Länge l = 400 mm. Die Stahlwelle liegt auf einer Höhe von h = 2100 mm. 3. Erstelle eine eigene Aufgabe: 3 kpt

4 Kinetische Energie ( = Energie der Bewegung, Wucht) Wenn wir das Zahnrad vom Tisch fallen lassen, so nimmt die potenzielle Energie a b. Weil aber Energie nicht v e r l o r e n geht, sondern nur u m g e w a n d e l t werden kann, muss eine a n d e r e Energieart um denselben Betrag z u n e h m e n, wie die potentielle Energie a b n i m m t. In unserem Beispiel nimmt die potenzielle Energie linear ab und im selben Masse nimmt die kinetische Energie zu. Die potentielle Energie wird umgewandelt in k i n e t i s c h e E n e r g i e (= Energie der B e w e g u n g ). In jedem Gegenstand der sich in Bewegung befindet ist kinetische Energie gespeichert. W pot (blau) F G=100N W Tot (grün) W kin (rot) 100J 100J 0J Höhe h 0J 1m 0m Höhe h Herleitung der Formel für die kinetische Energie: Damit ein Auto die Geschwindigkeit erhöhen kann, muss es b e s c h l e u n i g t werden. a = v / t. Damit es aber beschleunigt wird, muss nach dem Trägheitsgesetz eine resultierende K r a f t F r e s = m * a am Auto wirken. Es wird innerhalb einer Strecke s beschleunigt. Bei der beschleunigten Bewegung wird die Strecke berechnet mit s = v * t / 2. Von oben wissen wir aber, dass Kraft mal Weg = A r b e i t ist. Diese zugeführte Arbeit entspricht genau der vorhandenen k i n e t i s c h e n Energie W kin. Somit: W kin = m v kpt

5 MERKE: Bei Berechnungen immer nur mit SI Basiseinheiten rechnen!!! kg h t mm cm g dm m km s min 1. Beispiel: 0,4 J a) Berechne die kinetische Energie vom Ball. Masse m = 0,2 kg, Geschwindigkeit v=2m/s. 2. Beispiel: 30'215 MJ / 8384,44 MJ Ein Flugzeug mit einer Masse von m = 308 t fliegt auf einer Höhe h von 10'000 m mit einer Geschwindigkeit von v = 840 km/h. Berechne: a) die potentielle Energie. b) die kinetische Energie. 5 kpt

6 3. Beispiel: J / J / J / J a) Berechne die kinetische Energie von einem Auto. m = 1100 kg, v = 30 km/h b) Berechne die kinetische Energie von einem Auto. m = 1100 kg, v = 60 km/h c) Berechne die kinetische Energie von einem Auto. m = 1100 kg, v = 90 km/h d) Berechne die kinetische Energie von einem Auto. m = 1100 kg, v = 120 km/h e) Vergleiche die Resultate. Was ist Deine Feststellung? Welches ist deine Schlussfolgerung als zukünftiger Autofahrer? Eigene Beispiele: 6 kpt