Infoblatt: Arbeit, Energie, Leistung und Wirkungsgrad

Infoblatt: Arbeit, Energie, Leistung und Wirkungsgrad
Definition: Arbeit W
Wirkt eine Kraft F auf einen Körper längs des Weges s, so bezeichnet man das Produkt aus beiden
Größen als die Arbeit W: W = F s
Die Einheit der Arbeit ist 1 Joule: [W] = 1 N m = 1 J
Definition: Energie E
Unter der Energie E, die ein Körper besitzt, versteht man die in ihm gespeicherte Arbeit W.
Die Einheit der Energie ist wie bei der Arbeit 1 Joule: [E] = 1 J
Energie kann in vielen verschiedenen Formen auftreten:
Verrichtet man Arbeit an einem Körper, in dem man ihn anhebt, erhöht man seine potenzielle
Energie. Sie wird auch Höhenenergie oder Lageenergie genannt.
Mit Masse m, Ortsfaktor (Erdbeschleunigung) g und Hubhöhe h gilt:
Epot = m g h
Besteht die Arbeit im Beschleunigen eines Körpers, so nennt man die gespeicherte Arbeit
kinetische Energie oder auch Bewegungsenergie.
Sie beträgt bei der Geschwindigkeit v eines Körpers der Masse m:
Ekin = 0,5 m v2
Die in einer durch Spannarbeit an einer Feder gespeicherte Arbeit heißt Spannenergie.
Besitzt die Feder eine Federhärte D und wird die Feder um eine Strecke s ausgelenkt, so gilt:
F = 0,5 D s2
Weitere wichtige Energieformen sind elektrische Energie, magnetische Energie,
Reibungsenergie, Wärmeenergie.
Arbeit und Energie hängen eng miteinander zusammen: Wird an einem Körper Arbeit verrichtet er wird z. B. angehoben -, führt man ihm Energie zu; verrichtet der Körper selbst Arbeit - er fällt
z. B. zu Boden -, so wird ihm Energie entzogen. Energie drückt die Fähigkeit aus, Arbeit zu
verrichten. Sie geht dabei nie verloren, sondern wird immer von einer Energieform in die andere
umgewandelt.
Energieerhaltungssatz
Energie kann weder erzeugt noch vernichtet werden, sie wechselt nur ihre Erscheinungsformen.
Definition: Leistung P
Je schneller eine Arbeit verrichtet wird, desto größer ist die Leistung P.
Sie ist in folgender Weise festgelegt:
P=
W
(verrichtete Arbeit dividiert durch die dafür benötigte Zeit)
t
Die Einheit der Leistung ist 1 Watt: [P ] = 1
J
= 1W
s
Definition: Wirkungsgrad η
η=
Wnutz
Win
Er wird in Prozent angegeben.
Als Wirkungsgrad eines Kraftwandlers oder einer Maschine bezeichnet man das Verhältnis von
aufgewendeter Arbeit zu nutzbarer Arbeit