klassische Mechanik
Energie, mechanische Arbeit und Leistung
Energie, mechanische Arbeit und Leistung
Kartei Details
| Karten | 23 |
|---|---|
| Sprache | Deutsch |
| Kategorie | Physik |
| Stufe | Universität |
| Erstellt / Aktualisiert | 26.08.2014 / 28.01.2024 |
| Weblink |
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Definition: Energie
Energie ist die Fähigkeit eines Systems, mechanische Arbeit zu verrichten, Wärme abzugeben oder Strahlung auszusenden.
Formelzeichen: E
Einheit: ein Joule [J]
Definition: System
gedanklich von seiner Umgebung abgetrennter Bereich.
offenes System
Systemgrenze ist durchlässig für Energie und Stoff
z.B Motor, Mensch
geschlossenes System
Systemgrenze ist durchlässig für Energie und undurchlässig für Stoff
z.B. Kühlschrank, Wärmepumpe, Sonnenkollektor
abgeschlossenes System
Systemgrenze ist undurchlässig für Energie und Stoff
z.B. gut isoliertes, verschlossenes Thermosgefäss
Eigenschaften von Energie
- Zustandgrösse
- kann von einem System auf ein anderes übertragen werden
- kann gespeichert werden
- kann von einer Form in eine andere Form umgewandelt werden
Gesetz von der Erhaltung der Energie
In einem abgeschlossenen System ist die Summe aller Energien stets konstant.
Die Gesamtenergie bleibt erhalten.
Energieformen
- potenzielle Energie
- kinetische Energie
- Rotationsenergie
- thermische Energie
- chemische Energie
- Strahlungsenergie
- elektrische Energie
- magnetische Energie
- Kernenergie
Energieerhaltungsgesetz (Hermann von Helmholtz)
Enerige kann weder erzeugt noch vernichtet werden, sondern von einer Formin andere umgewandelt werden.
Potenzielle Energie
besitzen gehobene und elastisch verformte Körper
Kinetische Energie
besitzen sich bewegende Körper
Energieerhaltungssatz der Mechanik
Unter der Bedingung, dass keine Umwandlung von mechanischer Energie in andere Energieformen erfolgt, gilt für ein abgeschlossenes Sytem: Die Summe aus potenzieller und kinetischer Energie ist konstant.
Epot +Ekin= E ∆(Epot +Ekin)= 0
mechanische Arbeit
- wird verrichtet, wenn ein Körper bzw. ein System durch eine kraft bewegt oder verformt wird.
- Prozessgrösse
Formelzeichen: W
Einheit: ein Newtonmeter [Nm]
Newtonmeter
1 Nm= 1 J
1Nm = 1 Ws
Arbeit bei konstanter Kraft in Wegrichtung
Unter der Bedingnung, dass die kraft konstant ist und in Richtung des Weges wirkt, kann die Arbeit berechnet werden.
W = F s
mechanische Arbeit bei F= konstant und F // s
- Hubarbeit
- Beschleunigungsarbeit
- Reibungsarbeit
Arbeit bei konstanter Kraft in beliebiger fester Richtung
Unter der Bedingnung, dass die Kraft konstant ist und in beliebiger, aber fester Richtung wirkt, gilt:
W = F s cos(α)
Arbeit bei veränderlicher Kraft
- Federspannkraft
- Arbeit bei beliebiger Kraft
Federdspannkraft
F~s FE= Ds
W= 1/2 FE s= 1/2 D s2
Arbeit bei beliebiger Kraft
F = F(s)
mechanische Leistung
gibt an, wie schnell mechanische Arbeit verrichtet wird.
Formelzeichen: P
Einheit: ein Watt [W] P= W/t
1 PS= 736 Watt 1kW = 1.36 PS
Wirkungsgrad
gibt an, welcher Anteil der aufgewendeten Energie in nutzbringende Energieumgenwandelt wird.
Formelzeichen: η
Einheit: 1 oder Prozent η= Enutz / Eauf = Wnutz / Wauf = Pnutz / Pauf
Gesamtwirkungsgrad
Der Gesamtwirkungsgrad einer komplexen Anordnung:
η = η1 η2 η3 ...ηn
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