Das Fachgebiet Mechanik befasst sich mit der Bewegung von Körpern und der Einwirkung von Kräften und stellt z.B. durch die Newtonschen Gesetze den Zusammenhang zwischen Bewegungen einer Masse und den wirkenden Kräften her. Die Kräfte führen aber auch dazu, dass Arbeit geleistet wird, z.B. Beschleunigungsarbeit. Damit man diese “Zustände” beschreiben kann, sollte man erst einmal überlegen, welche Möglichkeiten der Energieform (im Fachgebiet Mechanik) es gibt und wie sie zusammenhängen.
In einem abgeschlossenen System, indem nur Kräfte aus dem Gebiet der Mechanik wirken, ist die Gesamtenergie konstant. Die Summe aus potentieller und kinetischer Energie ist in jedem Punkt konstant.
Formel: Eges = Ekin + Epot = konst.
Im vorherigen Kapitel ist der Energieerhaltungssatz erläutert worden, auch das darauf zu achten ist, dass der Energieerhaltungssatz nur für geschlossene Systeme gilt. Zudem muss für die Kräfte gelten, dass die Arbeit die diese Kräfte verrichten nur zu einer Umwandlung von kinetischer in potentielle Energie und umgekehrt führt.
Berücksichtigt man diese beiden Aspekte, so kann man den Energieerhaltungssatz folgendermaßen erweitern:
Die Summe aus der Arbeit Wa der äußeren Kräfte und der Arbeit Wi der nicht konservativen Kräfte (Reibungskraft) ist gleich der Änderung der mechanischen Energie eines Systems.
Der Grundsatz des Energieerhaltungssatzes besagt, dass die Gesamtmenge der Energie in einem abgeschlossenen System konstant bleibt und nicht geschaffen oder zerstört werden kann.
Die Erweiterung des Energieerhaltungssatzes berücksichtigt, dass Energie zwischen verschiedenen Formen. wie potentielle Energie, kinetische Energie und thermische Energie, umgewandelt werden kann.
Die Bedeutung der Erweiterung des Energieerhaltungssatzes liegt darin, dass sie das Verständnis der Funktionsweise von Energie in realen Systemen verbessert, indem sie die Transformation und Übertragung von Energie berücksichtigt.
Ein Beispiel für eine Energieumwandlung in einem realen System könnte eine Feder sein, die Energie speichert, wenn sie zusammengedrückt wird, und diese Energie freisetzt, wenn sie losgelassen wird.
Der erweiterte Energieerhaltungssatz ist wichtig für wissenschaftliche und technische Anwendungen, da er ermöglicht, Veränderungen und Konversionen in der Energie in einem System zu berechnen und vorherzusagen.
Nach der Erweiterung des Energieerhaltungssatzes bleibt die Gesamtmenge der Energie während einer Umwandlung konstant, es ändert sich nur die Form der Energie.
Ein “abgeschlossenes” System ist ein Gedankenexperiment oder ein Modell, in dem keine Energie in das System hinein oder aus dem System heraus fließt.
Nein, eine Maschine mit 100%iger Effizienz verletzt nicht den erweiterten Energieerhaltungssatz. Sie wandelt einfach gesamte Energie von einer Form in eine andere um, ohne Verluste.
In solchen Systemen wird ein Teil der Energie oft in eine nutzlose oder unerwünschte Form umgewandelt, wie zum Beispiel Wärme.
Es ist wichtig, Energieumwandlungen in realen Systemen zu verstehen, da diese Informationen dazu beitragen können, die Effizienz von Maschinen und Prozessen zu verbessern.