Energie und Energieerhaltung. Mechanische Energieformen. Arbeit. Die goldene Regel der Mechanik. Leistung

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1 - Formelzeichen: E - Einheit: [ E ] = 1 J (Joule) = 1 Nm = 1 Energie und Energieerhaltung Die verschiedenen Energieformen (mechanische Energie, innere Energie, elektrische Energie und Lichtenergie) lassen sich ineinander umwandeln. Dabei geht keine Energie verloren, d.h. die Gesamtenergie ist immer gleich groß! Dieses Prinzip nennt man Energieerhaltung Mechanische Energieformen Potentielle Energie: Höhenenergie: Spannenergie: Kinetische Energie (Bewegungsenergie): Arbeit Wird ein Körper durch eine Kraft verformt angehoben, beschleunigt oder abgebremst, so ändert sich dabei seine Energie. Die Energiedifferenz bezeichnet man als Arbeit W - Formelzeichen: W - Einheit: [ W ] = 1 J (Joule) = 1 Nm = 1 - Falls die Kraft F konstant ist und längs des Weges s wirkt, gilt: W = F s. Die goldene Regel der Mechanik Bei einem idealen Kraftwandler (bei Vernachlässigung der Reibung) ist das Produkt aus Kraft und Weg konstant: Beispiel: Hebel, Flaschenzug, schiefe Ebene - Formelzeichen: P Leistung - Einheit: [ P ] = 1 W (Watt) = 1 = 1 = 1 - Leistung ist Energieänderung pro Zeit:

2 Der Wirkungsgrad - Formelzeichen: - keine Einheit (oft in % angegeben) - oder Aggregatzustände Innere Energie, Temperatur und Wärme Temperaturskalen - Die innere Energie eines Körpers besteht aus der Summe der kinetischen und potentiellen Energien seiner Teilchen. - Die Temperatur ist ein Maß für die mittlere kinetische Energie der Teilchen eines Körpers. Je höher die Temperatur eines Körpers ist, umso schneller bewegen sich die Teilchen im Mittel. - Unter Wärme versteht man thermisch übertragene Energie: - Celsius-Skala: gemessen in C (Grad Celsius) 0 C: Wasser gefriert 100 C: Wasser siedet - Kelvin-Skala: T gemessen in K (Kelvin) 0 K: absoluter Nullpunkt bei -273 C Gleiche Skaleneinteilung wie Celsius-Skala In Amerika wird außerdem die Fahrenheit-Skala mit der Einheit F (Grad Fahrenheit) verwendet. 1. Hauptsatz der Wärmelehre und Wärmeübertragung 1. Hauptsatz der Wärmelehre Die innere Energie eines Körpers kann durch Wärme oder Arbeit geändert werden: Wärme kann auf drei Arten übertragen werden: - Wärmeleitung - Wärmeströmung - Wärmestrahlung

3 Spezifische Wärmekapazität Die spezifische Wärmekapazität gibt an, wie viel Wärme man einem Kilogramm eines Stoffs zuführen oder abführen muss, um seine Temperatur um 1 K zu verändern. - Formelzeichen: c - Einheit: [ c ] = 1 Da gilt, liest man oft auch 1 Schmelzwärme und Verdampfungswärme - Die Beträge der Schmelzwärme und der Erstarrungswärme sind gleich groß. - Die Beträge der Verdampfungswärme und der Kondensationswärme sind gleich groß. - Formelzeichen: spezifische Schmelzwärme s oder spezifische Verdampfungswärme r oder - Einheit: [ s ] = [ ] = [ r ] = [ ] = 1 - Beim Sieden/Kondensieren sowie Schmelzen/Erstarren bleibt die Temperatur konstant. Volumenänderungen und Anomalie des Wassers Die meisten Festkörper, Flüssigkeiten und Gase dehnen sich beim Erwärmen aus. Anomalie des Wassers: Wasser hat seine größte Dichte und damit sein geringstes Volumen bei 4 C. Außerdem dehnt sich Wasser beim Erstarren aus. - Formelzeichen: Q - Einheit: [ Q ] = 1 C (Coulomb) Die elektrische Ladung - Die kleinste in der Natur frei vorkommende Ladung ist die Elementarladung:. - Alle anderen Ladungen sind ganzzahlige Vielfache der Elementarladungen. Es gilt: - Formelzeichen der Stromstärke: I - Einheit: [ I ] = 1 A (Ampère) = 1 Die elektrische Stromstärke und die elektrische Spannung - Formelzeichen der Spannung: U - Einheit: [ U ] = 1 V (Volt) = 1 -

4 - Formelzeichen: R - Einheit: [ R ] = 1 (Ohm) = 1 Elektrischer Widerstand und ohmsches Gesetz Das Gesetz von Ohm: Bei konstanter Temperatur ist die Stromstärke I direkt proportional zur Spannung U. Damit gilt: Reihenschaltung - Stromstärke - Spannung - Widerstand Für weitere Widerstände können die Formeln analog verwendet und erweitert werden. - Stromstärke - Spannung Parallelschaltung - Widerstand Für weitere Widerstände können die Formeln analog verwendet und erweitert werden. Elektrische Energie und elektrische Leistung - Formelzeichen der elektrischen Energie: - Einheit: [ ] = 1 (Joule) Oft verwendet: 1 kwh = 3,6 - Formelzeichen der elektrischen Leistung: - Einheit: [ ] = 1 (Watt) J

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