Systeme der Physik

• Licht ist ein Stoff, der in der Sonne durch Emissionsprozesse erzeugt und auf der Erde durch Absorptionsprozesse vernichtet werden
• Wärme ist ein Stoff, der allerdings nur erzeugt werden kann

• Speicherung von Wasser, Bewegung und Elektrizität in Wolken
• Speicherung von Stoffen und Bewegung in Asche und Gasen bei einem Vulkanausbruch
• Speicherung von Stoffe, Elektrizität, Wärme und Bewegung innerhalb der Erde

a) Höhendifferenz

b) Druckdifferenz

c) Temperaturdifferenz

d) Elektrische Spannung

• Länge
  • Bezeichnung: s
  • Einheit: m
  • Dimension: L
• Zeit
  • Bezeichnung: t
  • Einheit: s
  • Dimension: T
• Masse
  • Bezeichnung: m
  • Einheit: kg
  • Dimension: M
• Stromstärke
  • Bezeichnung: I
  • Einheit: A
  • Dimension: I
• Temperatur
  • Bezeichnung: T
  • Einheit: K
  • Dimension: \(\theta\)
• Stoffmenge
  • Bezeichnung: n
  • Einheit: mol
  • Dimension: N
• Lichtstärke
  • Bezeichnung: Iv
  • Einheit: cd
  • Dimension: J

• Kilo
  • 3
• Giga
  • 9
• Nano
  • -9
• Mega
  • 6
• Milli
  • -3
• Mikro
  • -6
• Tera
  • 12
• Deka
  • 1
• Centi
  • -2
• Peta
  • 15

• Länge
• Zeit
• Masse
• Stromstärke
• Temperatur
• Stoffmengen
• Lichtstärke

Eine mengenartige Größe X heißt Erhaltungsgröße, wenn sie weder erzeugt noch vernichtet werden kann.

• mengenartige Größe: Raumbereich
• intensive Größe: Auf einen Punkt im Raum

\({{dX}\over{dt}} = I_x + \sum_X + \prod_X\)

\(\text{zeitliche Änderungsrate von X in G} = \text{Ströme von X über Rand } \delta G \text{ von G} + \text{Kopplung von X an Felder F in G} + \text{Erzeugung/Vernichtung von X innerhalb von G}\)

Eine mengenartige Größe X heißt Erhaltungsgröße, wenn sie weder erzeugt noch vernichtet werden kann.

• Volumen
  • Volumenstärke
• Masse
  • Massestromstärke
• elektrische Ladung
  • elektrische Stromstärke
• Stoffmenge
  • Stoffmengenstromstärke
• Impuls
  • Impulsstromstärke(Kraft)
• Drehimpuls
  • Drehimpulsstromstärke (Drehmoment)
• Entropie
  • Entropiestromstärke
• Energie
  • Energiestromstärke (Leistung)

Die Potentialdifferenz zwischen zwei Punkten ist der Antrieb für den Strom IX

Potential (intensive Größe) \(\varphi_X\) ist notwendig, um zu verstehen, was den Transport / Strom \(I_X\) einer mengenartige Größen X verursacht.

Intensive Größen:

Sind unabhängig von Menge der Substanz oder dem Systemvolumen. Sie charakterisiert die Eigenschaften einer Substanz pro Einheit, unabhängig davon, wie viel von der Substanz vorhanden ist. Bsp: Temperatur

Extensive Größe:

Ist von der Menge der Substanz abhängig. Sie ist proportional zur Größe des Systems und verändert sich entsprechend, wenn die Menge der Substanz verändert wird. Bsp. Masse, Volumen, Energie und Anzahl der Teilchen

Mengenartige Größe:

Eine mengenartige Größe ist eine Art von extensiver Größe, da sie von der Menge der betrachteten Objekte abhängt.

• Spontaner Prozess: Strom \(I_X\) folgt stets der Potentialdifferenz \(\Delta \varphi_X\)
  • Wasserfall
• Getriebener Prozess: Strom \(I_X\) fließt entgegengesetzt zur Potentialdifferenz \(\Delta \varphi_X\)
  • Elektromotor

• Konduktiver Transport einer mengenartigen Größe X erfolgt durch Materie hindurch => Leitungsartiger Transport.
• Konvektiver Transport einer mengenartigen Größe X über den Rand \(\delta G\) eines Gebiets G erfolgt dadurch, dass die Größe X zusammen mit bewegter Materie transportiert wird => Konvektion (Strömung).

• Konduktiv
  • Wärmeleitung (Ausbreitung von Wärme) ist ein leitungsartiger Transportprozess, der zudem immer mit der Produktion von Entropie S einhergeht. Wärme Q ist hierbei die Energie, die stets zusammen mit der
    Entropie S transportiert wird.
• Konvektive
  • Wärmekonvektion bei von unten erwärmten Fluidschicht

Ein System enthält viel Energie, falls es:

• sich schnell bewegt
• schnellrotiert
• heiß ist
• unter hohem Druck steht

Die meisten Aktivitäten der Menschen sind mit Mühe /Anstrengung, also mit Energie verbunden. Typische Symptome sind:
Keuchen und Schwitzen.

Dabei gilt: dass die für diese Tätigkeiten investierte Energie / Mühe nicht verloren geht, sondern erhalten bleibt ( <=> Energie ist eine Erhaltungsgröße)

Beispiel: Spannen / Entspannen einer Feder
Nutze gespannte Feder um einen Baum zu biegen, einen Sack zu heben oder einen Stein zu schleudern.

Umgekehrt kann eine Feder durch einen gebogenen Baum, einen fallenden Sack oder einen geschickt aufgefangenen Stein gespannt werden.

Die aufgewendete Energie / Mühe ist in den veränderten Objekten gespeichert und lässt sich aus diesen wiedergewinnen, in dem die Veränderungen zurückgenommen werden.

Energieträger sind Stoffe wie Treibstoffe, Brennstoffe, Nahrungsmittel, die Energie mit sich führen

Benzin, Nahrung, Holz, Kohle, Gas, Elektrizität

Energieträger: Drehimpuls

Wenn ein Drehmoment auf die Welle wirkt

Ja. Durch die Rotation wird eine Energie auf die Welle ausgeübt

• Drehung der Welle
• Drehmoment liegt an der Welle an
• Es findet eine Energieübertragung statt

• Einweg
  • Energie wird von der Quelle zum Empfänger geleitet, lässt die Energie dort ab und verlässt den Empfänger wieder
  • Es wird nur eine Leitung benötigt
  • Bsp. Benzintank und Automotor
• Mehrweg
  • Energie wird von der Quelle zum Empfänger geleitet, lässt die Energie dort ab, verlässt den Empfänger wieder und kehrt zur Quelle zurück
  • Es werden zwei Leitungen benötigt
  • Bsp. Zentralheizung -> Heizkörper

• Energieumlader: System, das simultan als permanenter (!) Energieempfänger und Energiequelle fungiert. Er entleert sich nicht bei Nutzung.
• Energiespeicher: System, dass als Energiequelle nur einen bestimmten Energiebetrag zur Verfügung stellt. Er entleert sich bei Nutzung.

Zu jedem Energieumlader gibt es eine Umkehrung, bei dem Eingangs –und Ausgangs – Energieträger vertauscht sind.

• Generator <-> Motor
• Propeller <-> Windrad
• Wasserpumpe <-> Wasserturbine

Ja

Energietransport über die Distanz mittels Elektrizität.

• Energie wird im Generator U vom Drehimpuls auf Elektrizität umgeladen
• mittels Elektrizität zum E – Motor (Umkehrung U – 1 ) transportiert und
• dort wieder auf Drehimpuls umgeladen