Der Energiebegriff, wie wir ihn heute verstehen, hat sich im Laufe der Jahrhunderte weiterentwickelt. Es wird seit langem mit Stärke und Kraft verwechselt.
Das Wort 'Energie' erscheint 1717 in einem Brief von Jean Bernoulli (1667-1748), um mechanische Arbeit zu definieren. Allerdings wurde das Prinzip der Energieeinsparung erst Mitte des 19. Jahrhunderts etabliert. Es war Max Plank (1858-1947), der in seinem 1887 erschienenen Buch „Das Prinzip der Energieerhaltung“ die wesentliche Bedeutung dieses Gesetzes verstand.
Die zentrale Idee ist, dass Energie eine Konstante im Universum ist, dass sie weder erzeugt noch zerstört werden kann, sondern im Laufe der Zeit unterschiedliche Formen annimmt.
Die zweite wesentliche Gleichung in der Physik, die oft direkt nach dem zweiten Newtonschen Gesetz gelehrt wird, ist die Gleichung für die Erhaltung mechanischer Energie in einem isolierten System.
EAlter=EC+EP= konstant
• EAlterist die gesamte mechanische Energie des Systems in Joule.
• EC= ½ MV2ist die kinetische Energie, wobei m die Masse des Objekts und v seine Geschwindigkeit ist. Die Beiträge von Jean le Rond d'Alembert (1717–1783) und anderen Wissenschaftlern wie Daniel Bernoulli (1700–1782) waren entscheidend für die Entwicklung dieser Formel.
• EP= mgh ist die potentielle Energie, die von der Art des betrachteten Kraftfeldes (Gravitation, Elastizität usw.) abhängt, wobei h die Höhe relativ zu einem Referenzpunkt und g die Erdbeschleunigung (9,806 · 65 m/s2) ist. Diese Formel ist mit der Arbeit von Isaac Newton (1643-1727) verbunden.
Potenzielle Energie kann in kinetische Energie umgewandelt werden und umgekehrt. Beispielsweise wandelt ein fallendes Objekt seine potentielle Gravitationsenergie (mgh) in kinetische Energie (½ mv) um2). Da Energie erhalten bleibt, gilt EC+EP= konstant.
Das ist dasJoulewelches zur Messung der verschiedenen Energiearten gewählt wurde.
Diese Gleichung ist von entscheidender Bedeutung, da sie das Prinzip der Energieerhaltung zum Ausdruck bringt, eines der grundlegendsten Prinzipien der Physik. Es zeigt, dass in einem isolierten System (ohne Energieaustausch mit der Außenwelt) die Gesamtenergie konstant bleibt, auch wenn sie von einer Form in eine andere umgewandelt werden kann (z. B. von potentieller Energie in kinetische Energie und umgekehrt).
James Prescott Joule (1818-1889) spielte mit seinen Experimenten zur Erhaltung thermischer und mechanischer Energie eine entscheidende Rolle bei der Etablierung dieses Prinzips.
Um eine Energiemenge zu messen, ist das Joule die am besten geeignete Einheit. Es gibt uns ein „Foto“ der in einem System vorhandenen Energie. Beispielsweise ist die von einem Staudamm aufgrund seiner Lage im Gravitationsfeld gespeicherte Energie (EP= mgh) ist eine Energiemenge, obwohl das Wasser ruht.
Durch die Kombination von Informationen über Masse, Höhe und Erdbeschleunigung kann man die gespeicherte potentielle Gravitationsenergie berechnen. Diese Energie stellt das Energiepotenzial des Wassers dar, Arbeit zu verrichten (z. B. eine Turbine anzutreiben), während es unter der Schwerkraft nach unten fließt.
Die Verwendung des Joule ermöglicht es, die Messung verschiedener Energieformen zu vereinheitlichen und Berechnungen in der Physik zu vereinfachen.
Das Watt, eine vor allem in der Elektrizitätsbranche weit verbreitete Einheit, misst nicht dasselbe wie das Joule.
Es ist die Einheit vonLeistung.
Leistung ist die Geschwindigkeit, mit der Energie übertragen oder umgewandelt wird. Mit anderen Worten: Das Watt misst die Energiemenge pro Zeiteinheit. Zum Beispiel 1Kilowattstunde.
Energie ist eine Größe, Kraft ein Fluss.
Beispielsweise ist in einer Wasserleitung die Durchflussrate des Wassers (in Litern pro Sekunde) die Leistung, während die Gesamtmenge des aus der Leitung austretenden Wassers (in Litern) die Energie ist.
1 Watt entspricht 1 Joule pro Sekunde. Eine 100-Watt-Glühbirne verbraucht pro Sekunde 100 Joule elektrische Energie.
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