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Physik - UBRM (Fach) / Arbeit, Energie und Leistung (Lektion)

Diese Lektion wurde von kaese_stangerl erstellt.

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• Bewegung entgegen einer Kraft Wird ein Körper unter Wirkung einer Kraft F längs des Weges Δs bewegt, so wird folgende Arbeit geleistet: ΔW = F * Δs = |F| * |Δs| * cos α α - Winkel zwischen dem Kraftvektor und dem Verschiebungsvektor Stehen Kraft- und Verschiebungsvektor aufeinander normal, dann ist die physikalisch geleistete Arbeit gleich 0. ΔW = FS * Δs FS - Kraftkomponente in Richtung des Weges Bei konstanter Kraft entlang des Weges: ΔW = FS * (s2-s1)  
• Arbeit W Arbeit wird verreichtet, wenn eine Kraft längs eines Weges auf einen Körper wirkt.  Einheit: Joule (J)  
• Bewegung entgegen einem Drehmoment Wird ein drehbar gelagerter Körper entgegen einem Drehmoment M um den Drehwinkel Δφ gedreht, dann wird dabei folgende Arbeit geleistet: ΔW = M * Δφ   
• Hubarbeit Hubarbeit wird geleistet, wenn eine Masse entgegen der Gewichtskraft bewegt wird.  Die Kraft F, die dafür aufgewendet werden muss, ist gegengleich zur Gewichtskraft.  W = m * g * h
• Reibungsarbeit Wird ein Körper unter Reibungseinfluss verschoben, dann muss die Reibungskraft überwunden werden. Der einfachste Fall ist, wenn die Zugkraft genau entgegengesetzt zur Reibungskraft angreift: W = FN * μG * s = m * g * μG * s
• Beschleunigungsarbeit bei Translation Um einen Körper zu beschleunigen, müssen Trägheitskräfte überwunden werden.  W = m * [(v22 / 2) - (v12/2)] Um eine Masse von Geschwindigkeit 0 auf die Geschwindigkeit v zu beschleunigen, ist folgende Arbeit erforderlich: W = m * v2 / 2
• Beschleunigungsarbeit bei Rotation Um die Winkelgeschwindigkeit einer rotierenden Masse mit der Drehachse D von ω1 auf ω2 zu erhöhen, ist Arbeit erforderlich: W = I * [(ω22/2) - (ω12/2)] Um einen Körper von Winkelgeschwindigkeit 0 auf ω zu beschleunigen, ist folgene Arbeit erforderlich: W = I * ω2/2 Bei einer gleichförmigen Kreisbewegung wird keine Arbeit geleistet. 
• Elastische Verformungsarbeit WE Die Deformationsarbeit zur Veränderung der Länge einer Feder von s1 nach s2: WE = ½ * D * (s22 - s12)
• Anelastische Verformungsarbeit Werden Werkstoffe bis zum Bruch beansprucht, so ist sowohl für die elastische, als auch für die anelastische Verformung Arbeit aufzuwenden.  Die Verformungsarbeit kann als ein mögliches Kriterium für die Zähigkeit eines Werkstoffes angesehen werden. 
• Energie Ein Körper, an welchem Arbeit geleistet wird, erfährt dadruch eine Änderung seines Zustands. Dies befähigt ihn zur Arbeitsverrichtung an anderen Körpern, inder mer die Zustandsänderung rückgängig macht. Die am Körper verrichtete Arbeit wird also in ihm gespeichert und verleiht ihm die Fähigkeit Arbeit zu verrichten.  Energie ist die Fähigkeit Arbeit zu verrichten. Einheit: Joule (J)
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• Mechanische Energie - Potentielle Energie Energie der Lage, weil sie von der Höhe abhängig ist. Hubhöhe ist im Körper gespeichert und üner die Hubhöhe ist die potentielle Energie des gehobenen Körpers von der Position im Schwerefeld abhängig. Epot = m * g * h
• Mechanische Energie - Kinetische und Rotationsenergie Die kinetische Energie (Translationsenergie) und die Rotationsenergie sind Energien der Bewegung und bestehen aus dem durch Beschleunigungsarbeit geschaffenen Arbeitsvorrat. Die Bewegungsarbeit ist gleich der am Körper geleisteten Beschleunigungsarbeit: Ekin = ½ * m * v2 Erot = I * ω2 / 2
• Mechanische Energie - Elastische Energie Wird eine Feder gedehnt, dann ist die Arbeit zur Deformation der Feder notwendig. Diese Energie ist dann als elastische Energie in der Feder gespeichert.  Eel = ½ * D * s2
• Mechanische Energie - Wellenenergie In Wellen findet ein Energietransport statt, ohne dass damit ein Massentransport verbunden sein muss. Schallwellen oder Meereswellen enthalten Energie, die proportional zum Quadrat der Amplitude und der Frequenz der Welle sind.
• Thermische Energie Wird ein Körper entgegen einer Reibungskraft verschoben, dann wird Arbeit geleistet. Dadurch erwärmt sich sowohl der Körper als auch die Umgebung. Es wird mechanische Energie in thermische Energie umgewandelt. 
• Elektrische und magnetische Energie In einem geladenen Kondensator ist Energie gespeichert. Genauso enthalten Strom durchflossene Spulen Energie.
• Bindungsenergie Bindungsenergie tritt einerseites in Form von chemischer Energie auf. Sie wird bei exothermen chemischen Reaktionen vor.  Im Atomkern sind Protonen und Neutronen je nach Element unterschiedlich fest gebunden. Der radioaktive Zerfall von schweren Atomkernen oder die Fusion von leichten führt zum frei werden von Energie.
• Strahlungsenergie Elektromagnetische Strahlung enthält entsprechend ihrer Frequenz Energie. Jeder Körper strahlt entsprechend seiner Temperatur Wärmestrahlung und damit elektromagnetische Strahlung ab. Außerdem erzeugt jede Beschleunigung von Ladungsträgern elektromagnetische Strahlung.  Teilchenstrahlung tritt beim radioaktiven Zerfall von Atomen auf. 
• Energieerhaltungssatz In einem abgeschlossenen System bleibt die Gesamtenergie konstant.  Eges = Epot + Ekin + Q = const.  Q - Wärmeenergie des Systems.  Eine Folgerung des Energieerhaltungssatzes ist, dass man in einem abgeschlossenen System Energie weder erzeugen noch vernichten kann, sondern die verschiedenen Energieformen nur ineinander übergeführt werden können. 
• Perpetuum Mobile erster Art Ein Perpetuum Mobile erster Art wäre eine Maschine, die von der Umgebung vollkommen ausgeschlossen aus sich selbst heraus Arbeit leistet. z.B. ein Fahrrad mit Dynamos, wobei die Dynamos einen Elektromotor anpseisen, welcher das Fahrrad antreibt. So etwas kann nicht existieren, da es dem Energieerhaltungssatz widerspricht.  Arbeit kann nur durch die Umwandlung aus einer anderen Form von Energie entstehen.  
• Leistung P Leistung ist die in der Zeiteinheit verrichtete Arbeit P = ΔW / Δt Einheit: Watt (W) (1 Pferdestärke (PS) = 735,3 W)
• Watt W Eine Leistung von 1 Watt wird erbracht, wenn eine Arbeit von 1 J in einer Sekunde erbracht wird. 1 W = 1J/s
• Watt W Eine Leistung von 1 Watt wird erbracht, wenn eine Arbeit von 1 J in einer Sekunde erbracht wird. 1 W = 1J/s
• Kilowattstunde kWh 1kWh ist jene Arbeit, die geleistet wird,  wenn die Leistung 1 kW eine Stunde lang erbracht wird.  1kWh = 1000 W * 60min * 60s = 3,6 MJ
• Kilowattstunde kWh 1kWh ist jene Arbeit, die geleistet wird,  wenn die Leistung 1 kW eine Stunde lang erbracht wird.  1kWh = 1000 W * 60min * 60s = 3,6 MJ
• Leistung zum Verschieben eines Körpers Zur Verschiebung eines Körpers entlang des Wegstückes Δs sei die Kraft F notwendig. Die Leistung zum Verschieben des ist dann: P = |F| *|v| * cos α
• Leistung zum Drehen eines Körpers Zum Drehen eines Körpers um den Winkel Δφ sei das Drehmoment M notwendig. Die Leistung errechnet sich daher mit: P = M * ω
• Wirkungsgrad η Der Wirkungsgrad einer Maschine oder einer Anlage ist definiert als: η = Wab / Wzu Wab - abgegebene Arbeit Wzu - zugeführte Arbeit Wenn Energiezu- und abfuhr gleichzeitig erfolgen soll, so gilt: η =Pab / Pzu η ≤ 1

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