Energie und Leistung in der Physik: Erklärung und Berechnungen

Energieumwandlungen spielen eine wichtige Rolle in der Physik da sie beschreiben ebenso wie eine Energieform in eine andere umgewandelt werden kann. Dabei spielen die potentielle Energie die kinetische Energie und die Spannenergie eine wichtige Rolle. Die Leistung gibt an – wie viel Energie pro Zeiteinheit umgesetzt wird.

1) In den verschiedenen Zuständen die du in deiner Fragestellung beschreibst, werden die verschiedenen Energieformen ineinander umgewandelt.

- Zustand 1: Hier befindet sich das System in einer höheren Position und hat deshalb potentielle Energie die durch die Formel Epot = m * g * h berechnet werden kann.
- Zustand 2: Wenn sich das System bewegt und eine Geschwindigkeit hat, wandelt sich die potentielle Energie in kinetische Energie um. In diesem Zustand gilt die Gleichung Epot = Ekin = 1/2 * m * v^2.
- Zustand 3: Wenn eine Feder gespannt wird, hat sie Spannenergie die durch die Formel Ef = 1/2 * D * s^2 berechnet werden kann. Hier wird die potentielle Energie in Spannenergie umgewandelt.
- Zustand 4: Wenn die Spannenergie zurückgegeben wird, wandelt sie sich wieder in kinetische Energie um und es gilt Ef = Ekin = 1/2 * m * v^2.
- Zustand 5: Schließlich kann die kinetische Energie wieder in potentielle Energie umgewandelt werden, wenn das System wieder in eine höhere Position gebracht wird.

2) Bei der zweiten Frage geht es um die zugeführte und abgegebene Energie und ebenfalls um Verluste. Die Formel lautet Ezu = Eab + Everl. Ezu ist dabei die zugeführte Energie Eab die abgegebene Energie und Everl sind die Verluste. In diesem Fall kann die abgegebene Energie mit Hilfe der Formel Eab = Epot2 = m * g * h2 berechnet werden. Die Verluste Everl resultieren aus der Differenz der potentiellen Energien in den Zuständen 1 und 2, also Everl = m * g h1 - m g * h2.

3) Die Leistung P gibt an wie viel Energie pro Zeiteinheit umgesetzt wird und wird in Watt (W) oder Kilowatt (kW) gemessen. Sie kann mit Hilfe der Formel P = W/t berechnet werden, obwohl dabei W die Arbeit ist und t die Zeit. Die Arbeit kann mit der Formel W = F * s berechnet werden, wobei F die Kraft und s der Weg ist. Die Leistung kann dann auch als P = F * v geschrieben werden, wobei v die Geschwindigkeit ist. In diesem Fall kann die Leistung mit P = m * g * h / t berechnet werden wobei m die Masse g die Erdbeschleunigung, h die Höhe und t die Zeit ist.

In deinem Beispiel wird die Leistung mit den gegebenen Werten berechnet: P = 100 kg 9⸴81 m/s² 10m / 8s = 1226⸴25 Nm/s = 1226⸴25 W = 1⸴22625 kW.

Zusammenfassend kann man sagen: Dass Energie in verschiedenen Zuständen in potentielle kinetische und Spannenergie umgewandelt werden kann. Die Leistung gibt an – wie viel Energie pro Zeiteinheit umgesetzt wird und kann mit verschiedenen Formeln berechnet werden.