Kinetische und Potentielle Energie
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Energieeinheiten • SI-Einheit: Joule [ J ] - 1 J = 1 Nm (Newtonmeter) - 1 J = 1 Ws (Wattsekunde) - 3.600 Ws = 1 Wh (Wattstunde) 1h hat 60 min, 1min hat 60s also 1h = 3600s Energieeinheiten Angabe in Kilowattstunde [ kWh ] - 1 kWh = 3.600.000 J = 3.600 kJ - Angabe auf der Tüte: 2230 kJ 535 kcal 0,6194 kWh Also ist 1 kWh = 860 kcal = 3.600 kJ Energieeinheiten • 1kWh entspricht: - 1Stunde Kochen auf kleiner Herdplatte - ½ Stunde Betrieb eines Wasserkochers 1kWh = 3.600kJ = 860lcal Energieeinheiten Größere Beträge - k M G T Kilo Mega Giga Tera (Tausend:10 ³) (Millionen: 106) (Milliarden: 109) (Billionen: 1012) Energieeinheiten • Rohöleinheit: 1 kg RÖE reicht für 11,63 kWh • Steinkohleeinheit: 1kg SKE reicht für 8,141 kWh Hängt vom Herkunftsland ab. Energieeinheiten • Für 1kWh werden 86g Rohöl benötigt • Wenn das Fett in den Chips Rohöl währe, entspräche dies bei einen Fettgehalt von 35% einer Menge von 246g Chips. • Eine 250g Packung hätte ca. 3.600kJ Brennwert alleine von der Rohölmenge 1kWh = 3.600kJ = 860lcal Energieeinheiten • 1 m³ Gas (Hu) reicht für 8,8156 kWh Hu bedeutet unterer Heizwert • 1 m³ Gas (Ho) reicht für 9,7692 kWh Ho bedeutet oberer Heizwert Kinetische und Potentielle Energie • Potentielle Energie (auch Lageenergie genannt) • Ist die Energie die ein Körper durch seine Lage in einem konservativen Kraftfeld erhält Kinetische und Potentielle Energie Kinetische und Potentielle Energie EPot = F*s F = m*a [a = g] F = m*g EPot= m*g*s [s = h] EPot = m*g*h Kleine Rechnung Gegeben: Masse: 70kg Höhe: 3250m Gravitation: 9,81 m/s ² Gesucht: Potentielle Energie Epot = m*g*h = 70kg*3250m*9,81m/s ² =2.231.775J Also ca. 2.230kJ Kinetische und Potentielle Energie • Kinetische Energie: - Ist Bewegungsenergie EKin=1/2 *m*v ² Kleine Rechnung Gegeben: Masse: 70kg Geschwindigkeit: 252,5m/s Ekin = ½ m*v²= Gesucht: Kinetische Energie ½ 70kg*(252,5m/s)²= Also ca. 2.230kJ 2.231.468 J Energieerhaltungssatz •Energie kann weder erzeugt noch vernichtet werden •Betrag der Energie in einem abgeschlossenem System ist konstant •Energie tritt in verschiedenen Energieformen auf, die ineinander umgewandelt werden können •Energie kann durch Arbeit, Wärme, Teilchen- und durch Wellenstrahlung auf einen anderen Körper übertragen werden • Woher kommen die 535kcal?????? Translation Geschwindigkeit: Rotation Winkelgeschwindigkeit: Beschleunigung: Winkelbeschleunigung: Masse: m Trägheitsmoment: Kraft: Drehmoment: Impuls: Drehimpuls: Kinetische Energie: Rotationsenergie: Impuls •Masse •Geschwindigkeit • p = m*v Drehimpuls Energieumsetzung Umwandlung von chemischer in kinetische Energie Energieumsetzung • Ist die Umwandlung von einer in die andere Energieart • Oder eine Umwandlung innerhalb einer Energieart Energiearten • Mechanische Energie • Thermische (innere-) Energie • Elektrische- und Magnetische- Energie • Bindungsenergie • Strahlungsenergie • Chemische Energie Energieumsetzung Laden: Elektrische Energie wird in chemische Energie umgewandelt Entladen: Chemische Energie wird in elektrische Energie umgewandelt Energieumsetzung Wirkungsgrad Der Großteil der Energie wird durch Wärme in Schweiß abgegeben Wirkungsgrad • Den Wirkungsgrad eines menschlichen Körpers kann man nicht ermitteln. • Er wird auf 25% geschätzt • Was bedeutet das 25% der aufgenommenen Energie in z.B. kinetische Energie umgesetzt wird Wirkungsgrad • i.A. gibt der Wirkungsgrad das Verhältnis zwischen dem Aufwand und dem daraus gewonnenen Nutzen an. •Meistens wird der Leistungswirkungsgrad verwendet •Der ideale Wirkungsgrad ist 1 •Was bedeutet, dass die zugeführte Leistung ohne Verluste in die abgeführte Leistung umgewandelt wird Wirkungsgrad Verschiedene Arten von Wirkungsgraden • Mechanischer Wirkungsgrad (Verlust durch Wärmeabgabe, verursacht durch Reibung) • Wärme-Wirkungsgrad (Verlust durch z.B. Abkühlen) • Anlagen Wirkungsgrad (Summe aus den Wirkungsgraden der einzelnen Bestandteile einer Anlage) Wirkungsgrad größer als 1 • Maschinen mit einem Wirkungsgrad gleich oder größer als 1, nennt man Perpetuum Mobile • Sie können auf Grund der Energieerhaltung und den Hauptsätzen der Thermodynamik nicht existieren Wirkungsgrad W = m*g*h t Leistung • Ist Arbeit pro Zeit • P = W/t Unterschied zwischen Arbeit und Energie • Arbeit ist das Produkt aus der aufgewandten Kraft in Wegrichtung und der zurückgelegten Wegstrecke: W = F*s • Energie ist gespeicherte Arbeit • Verrichtet man Arbeit wird diese zu Energie Elektrische Leistung • W = U*q • W=U*I*t [ Stromstärke:I=dq/dt] • P = W/t = U*I • Spannung [U] ist die Potentialdifferenz zwischen zwei Punkten Elektrische Leistung Unterscheidet sich in: • Scheinleistung setzt sich zusammen aus: • Wirkleistung • Blindleistung Leistung 1kW Leistung 2 kW Leistung 1kW
