Vorlesungsskript Physik IV - Walther Meißner Institut - Bayerische ...

Abschnitt 10.5 PHYSIK IV 38710.5 Energieformen, Zustandsänderungen und Hauptsätze10.5.1 EnergieformenDie Gesamtenergie E eines Systems ist eine makroskopische Größe, die in der Thermodynamik eineganz wichtige Rolle spielt. Die Gesamtenergie ist durch das Produkt der mittleren Energie eines Teilchensund der Teilchenzahl gegeben. Die Energie eines einzelnen Teilchen des Systems und die genaueAufteilung der Gesamtenergie auf die einzelnen Teilchen spielt meist nur eine untergeordnete Rolle. Wirwerden später sehen, dass die Gesamtenergie des Systems eine Erhaltungsgröße ist (1. Hauptsatz derThermodynamik), das heißt, Energie kann weder erzeugt noch vernichtet werden, sondern lediglich voneinem zu einem anderen System transportiert werden.Energie kann in verschiedenen Formen vorliegen und der Energietransport kann auf unterschiedlicheArt und Weise geschehen. Zum Beispiel wird beim Abbremsen eines bewegten Körper durch ReibungWärme erzeugt, d.h. es wird mechanische Energie in Wärme umgewandelt. In einem Generator wirdmechanische Arbeit in elektrische Energie umgewandelt. Für die Umwandlung einer Energieform ineine andere können wir einen Wirkungsgrad η definieren, der durchη =umgewandelte Energieinsgesamt aufgewendete Energie(10.5.1)definiert ist. Der Wirkungsgrad kann maximal gleich eins werden (Energieerhaltung). Häufig ist derWirkungsgrad aber wesentlich kleiner als eins. So wird z.B. in einem Verbrennungsmotor chemischeEnergie nur teilweise in mechanische Energie, der Rest in Wärme umgewandelt.Einheiten der EnergieEs werden folgende Energieeinheiten bevorzugt benutzt:EnergieeinheitNewtonmeter, 1 NmJoule, 1 JWattsekunde, 1 Wsbevorzugt verwendet fürmechanische ArbeitWärmeelektrische EnergieFür die Umrechnung der Energieeinheiten gilt:1Nm = 1kg m2s 2 = 1J = 1Ws = 1VAs (10.5.2)Außerhalb der gesetzlich vorgeschriebenen SI-Norm werden häufig die Einheiten 1erg = 10 −7 J und1Kalorie = 1cal = 4.187J verwendet. Ferner wird in der Atom- und Kernphysik häufig die Energieeinheit1Elektronenvolt = 1eV = 1.602 × 10 −19 J verwendet.2003