Wir erklären, was das Prinzip der Energieerhaltung ist, wie es funktioniert und einige praktische Beispiele für dieses physikalische Gesetz.
Was ist der Energieerhaltungssatz?
Das Prinzip der Energieerhaltung oder Energieeinspargesetz, auch bekannt als das erste Prinzip der Thermodynamik, besagt, dass die Gesamtmenge von Energie in einem isolierten physikalischen System (d. h. ohne Wechselwirkung mit anderen Systemen) bleibt es immer gleich, es sei denn, es wird in andere Energiearten umgewandelt.
Dies lässt sich in dem Prinzip zusammenfassen, dass die Energie im Universum Es kann weder erzeugt noch zerstört, sondern nur in andere Energieformen umgewandelt werden, wie z. B. elektrische Energie in kalorische Energie (so funktionieren Widerstände) oder in Lichtenergie (so funktionieren Glühbirnen). Bei der Ausführung bestimmter Arbeiten oder beim Vorliegen bestimmter chemischer Reaktionen scheint sich die Menge der Anfangs- und Endenergie also verändert zu haben, wenn ihre Umwandlungen nicht berücksichtigt werden.
Nach dem Energieerhaltungsprinzip ist beim Einbringen einer bestimmten Wärmemenge (Q) in ein System diese immer gleich der Differenz zwischen der Zunahme der inneren Energiemenge (ΔU) plus der Arbeit (W) gemacht von sagte System. Auf diese Weise haben wir die Formel: Q = U + W, woraus folgt, dass U = Q - W.
Dieser Grundsatz gilt auch für den Bereich derChemie, da die an einer chemischen Reaktion beteiligte Energie tendenziell immer erhalten bleibt, genau wie dieMasse, außer in Fällen, in denen letztere in Energie umgewandelt wird, wie durch Albert Einsteins berühmte Formel von E = m.c2, wobei E Energie ist, m Masse ist und c istLichtgeschwindigkeit. Diese Gleichung ist in relativistischen Theorien von größter Bedeutung.
Energie geht also nicht verloren, wie bereits gesagt wurde, aber sie kann nach dem zweiten Hauptsatz der Thermodynamik aufhören, Arbeit zu verrichten:Entropie (Störung) eines Systems nimmt tendenziell zu, wenn dieWetterMit anderen Worten, Systeme neigen unweigerlich zur Unordnung.
Die Wirkung dieses zweiten Gesetzes in Übereinstimmung mit dem ersten verhindert die Existenz isolierter Systeme, die ihre Energie für immer intakt halten (wie z Bewegung ewig oder der heiße Inhalt einer Thermoskanne). Dass Energie nicht erzeugt oder vernichtet werden kann, bedeutet nicht, dass sie unverändert bleibt.
Beispiele für den Energieerhaltungssatz
Angenommen, auf einer Rutsche befindet sich ein Mädchen in Ruhe. Nur einer handelt darauf potentielle GravitationsenergieDaher beträgt seine kinetische Energie 0 J. Wenn es die Rutsche hinunterrutscht, erhöht sich andererseits seine Geschwindigkeit und damit auch seine Kinetische Energie, aber wenn er an Höhe verliert, nimmt auch seine potentielle Gravitationsenergie ab. Schließlich erreicht er gleich am Ende der Rutsche seine volle Geschwindigkeit mit seiner maximalen kinetischen Energie. Aber seine Größe wird abgenommen haben und seine potenzielle Energie Gravitationsenergie 0 J. Eine Energie wird in eine andere umgewandelt, aber die Summe beider ergibt im beschriebenen System immer die gleiche Menge.
Ein weiteres mögliches Beispiel ist der Betrieb einer Glühbirne, die eine bestimmte Menge an elektrische Energie durch Betätigen des Schalters und verwandelt ihn in Lichtenergie und in Wärmeenergie, wenn sich die Glühbirne aufheizt. Die Gesamtmenge an elektrischer, thermischer und Lichtenergie ist gleich, aber sie wurde von elektrischer in Licht- und Wärmeenergie umgewandelt.