Energie, Arbeit, Leistung
Welche Arten von Energie gibt es? In welchen Maßeinheiten misst
man Energie...?
- Wärme-Energie: Die Engergie, die ich brauche, um ein Kilogramm
Wasser um 1 Grad Celsius zu erwärmen: Das war die gute alte Kilokalorie.
Seit dem 1.1.1978 in der EG abgelöst durch die Maßeinheit
Joule und Kilojoule.
- Elektrische Engergie: Eine Gühlampe von 100 Watt soll
zehn Stunden leuchten. Das ist die Energiemenge von 1 Kilowattstunde
(1 kWh). Die Stadt Hamburg verbraucht im Jahr ca. 12.000.000.000.000
Wattstunden, das nennt man 12 Terawattstunden (12 TWh).
- Mechanische Engergie ist Kraft mal Weg: Ein Gewicht von 75
Kilo um einen Meter hochheben (dafür benötige ich eine bestimmte
Energiemenge) - wenn ich das innerhalb von 1 Sekunde tue, leiste ich
1 Pferdestärke (1 PS).
- Bewegungsenergie: Wenn ich einen Körper der Masse 1 Kilogramm
von Null auf eine Geschwindigkeit von 1 m/sec beschleunige, hat er eine
kinetische Energie von ½mv² d.h. 0,5 kJoule.
Wenn ich das ganze in einer Sekunde vollbringe, leiste ich 0,5 kJoule/s
= 0,5 kWatt.
Die Beschleunigung beträgt 1 m/sec²; d.h. ich habe
eine Kraft von 1 Newton aufgebracht.
- Explosionsenergie: Die Atombombe von Hiroschima hatte eine
Sprengkraft von 20 Kilotonnen TNT, die erste Wasserstoffbombe von 10
Megatonnen TNT.
- Der Asteroid, der vor 65 Mio Jahren auf der Erde aufschlug
und die Dinosaurier zum Aussterben brachte soll eine Sprengkraft von
10 Millionen Megatonnen TNT gehabt haben.
- Vulkanausbrüche: Der Ausbruch des Vesuvs im Jahre 79 soll
VEI=6 gehabt haben.
- Atomteilchen: Wenn man ein Elektron durch eine Spannung von 1 Volt
beschleunigt, hat es eine Energiemenge von 1 Elektronenvolt dazubekommen
(1 eV).
- Kinetische Energie - Potentielle Engergie
- Masse ist Energie E = mc2, sagt Einstein.
Energie und Arbeit sind im Prinzip das Gleiche. Das ist nur eine sprachliche
Feinheit z.B. Ich leiste eine bestimmte Arbeitsmenge d.h. ich setze eine
bestimmte Energiemenge ein, verbrauche sie - oder genaugenommen setze
sie in eine andere Energieform um (Energie-Erhaltungssatz). Die offizielle
Maßeinheit für Energie und Arbeit ist das Joule. Was was eigentlich
ist, später.
Leistung ist sozusagen die "Arbeitsgeschwindigkeit", also Arbeit
pro Zeiteinheit oder "Engergieverbrauchsgeschwindigkeit",
also Energie pro Zeiteinheit. Gemessen also in Joule/sec, was immer das
eigentlich ist.
Zeitmessung, Zeitzonen, Atomuhr, Schaltsekunde: Zeit
Physikalische Größen, die wir bisher erwähnt haben: Temperatur
(Celsius, Fahrenheit, Kelvin), Kraft/Gewicht (?), Weg (m, km), Zeit (Sekunde,
Stunde, Jahre), Geschwindigkeit (km/h, m/sec) elektrische Leistung (Watt),
elektrische Spannung (Volt), Masse (kg).
Generell kann jede Maßeinheit mit Vorsilben versehen werden, um
größere Mengen einfacher ausdrücken zu können. Beispiel:
Gramm, Kilogramm. Manche sind allgemein bekannt, andere nur in bestimmten
Zusammenhängen "üblich":
| Vorsilbe |
Zehnerpotenz |
Ausgeschriebene Zahl |
Beispiel |
| kilo |
103 |
1.000 |
Kilometer, Kilogramm |
| Mega |
106 |
1.000.000 |
Megabyte, Megawatt, Megahertz |
| Giga |
109 |
1.000.000.000 |
Gigabyte, Gigahertz |
| Tera |
1012 |
1.000.000.000.000 |
Terawatt |
| Peta |
1015 |
1.000.000.000.000.000 |
|
| Exa |
1018 |
1.000.000.000.000.000.000 |
|
Physikalische Größen und ihre Maßeinheiten (sog. SI-Einheiten)
| Größe |
Maßeinheit |
Symbol |
Andere Maßeinheiten |
| Zeit |
Sekunde |
s |
Stunde (h), Tag, Jahr |
| Länge (Entfernung) |
Meter |
m |
Meilen, Seemeilen, Astronomische Einheiten,
Parsec, Lichtjahre |
| Masse |
Gramm |
g |
Tonne (t), Atomäquivalent |
| Temperatur |
Kelvin |
K |
Grad Celsius, Grad Fahrenheit |
| Geschwindigkeit |
m/s |
|
km/h |
| Kraft (Gewicht) |
Newton |
N |
Kilopond (kp) |
| Leistung |
Watt |
W |
PS |
| Ernergie (Arbeit) |
Joule |
J |
Kalorie (cal), kWh, Megatonne TNT, VEI, Tonne Steinkohleneinheit
(t SKE) |
Umrechnungen
1 Tonne = 1000 kg
1 J = 0.2388 cal
1 cal = 4,186 J
1 kp = 9,80665 N
1 PS = 75 mkp/s = 75 * 9,80665 Nm/s = 735,49875 Watt
1 h = 3600 s
1 kWh = 3.600.000 Ws = 3.600.000 J = 3,6 MJ
1 MWh = 3.600 MJ = 3,6 GJ
1 GWh = 3.600.000 MJ = 3,6 TJ
1 TWh = 3.600.000.000 MJ = 3,6 PJ
1 Megatonne TNT = 4,6 PJ
1 kt TNT = 4,6 TJ
1 t TNT = 4,6 GJ
1 kg TNT = 4,6 MJ
0 Kelvin = -273,15 Grad Celsius
1 Astronomische Einheit = 149,597870691 Millionen km
Lichtgeschwindigkeit im Vakuum: 299.792.458,00000000 m/s
Avogadrosche Zahl: 6,02204 x 1023 (Anzahl C12-Atome
in 12g)
Energieträger
Heizöl 40 MJ/kg
Benzin: 44 MJ/kg (ca. 9 kWh/l)
Kerosin: 42,84 MJ/kg
Wasserstoff: 119,88 MJ/kg
Steinkohle: 30 MJ/kg
Links zum Thema Energie:
| Objekt |
Grösse |
Dichte |
Masse |
Geschwindigkeit |
Energie |
| Steinasteroid |
50 x 100 Meter |
|
900000 t |
81000 km/h |
50 Megatonnen TNT |
| Eisenasteroid |
2 x 3 km |
|
400e+9 t |
81000 km/h |
25 Teratonnen TNT |
| Komet am Jupiter |
100-1000 m |
1 |
25-250e+9 t |
60 km/s |
10-100 Teratonnen TNT |
| Auto |
4 m |
|
1 t |
120 km/h |
0,5 kg TNT |
| Lastwagen |
30 m |
|
40 t |
95 km/h |
1-2 kg TNT |
| Boeing 767-300 Startgewicht |
53 m |
|
156 t |
850 km/h |
1 t TNT |
| Boeing 767-300 Treibstoff |
|
|
50 t |
|
465 t TNT |
| Space Shuttle im Orbit |
37,2 m |
|
125 t |
28800 km/h |
1 Kilotonne TNT |
| Hiroshimabombe |
|
|
|
|
20 Kilotonnen TNT |
| Wasserstoffbombe |
|
|
|
|
20 Megatonnen TNT |
| Atomwaffenarsenal |
|
|
|
|
20 Gigatonnen TNT |
| Asteroid Dinosaurier |
10 km |
|
|
|
100 Teratonnen TNT |
| Asteroid Nördlinger Ries |
1200 m |
|
|
|
5 Teratonnen TNT |
| Asteroid Tunguska |
80 m |
|
|
|
30-50 Megatonnen TNT |
| |
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| |
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TNT: 4000 kJ/kg |
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Energie
