Wo ist der Unterschied zwischen Energie, Arbeit und Leistung?
Wir schreiben morgen eine Physikarbeit über das Thema "Energie" und ich verstehe den Unterschied zwischen Energie, Arbeit und Leistung einfach nicht. (Und Wikipedia ist zu kompliziert für mich) Kann mir da mal bitte jemand helfen? Danke im Vorraus! :-)
6 Antworten
Machen wir es ganz einfach:
ARBEIT und ENERGIE sind grob gesehen dasselbe (genauer siehe unten).
Energie und Arbeit werden gemessen in Joule (1 J = 1 kg m2/s2).
Energie ist eine fundamentale Eigenschaft der Natur. Das Energieerhaltungsgesetz ist eines der zentralen Gesetze der Naturwissenschaft. Energie kann in verschiedenen Formen auftreten, z.B. chemische, kinetische, thermische Energie. Die Summe aller Energieformen bleibt stets konstant.
Wenn eine andere Form von Energie in mechanische Energie umgewandelt wird, so sagt man, es werde Arbeit verrichtet. Die nötige Arbeit ist gleich der Energie, die aufgewandt wird. Traditionell sagt man daher, Energie könne Arbeit verrichten. Die Unterscheidung dieser Begriffe ist heutzutage eigentlich nicht mehr notwendig und erschwert nur das Verständnis. Ob ich nun einen Körper beschleunige (kinetische Energie zuführe), einen Körper anhebe (potentielle Energie zuführe) oder eine Feder spanne, letztlich ist es immer nur eine Umwandlung von einer Energieform in eine andere.
LEISTUNG dagegen ist eine andere physikalische Größe, und zwar Energie je Zeit, also die Angabe, wie schnell Energie von einer Form in die andere gewandelt wird. Leistung wird gemessen in Watt = J/s = kg m2/s3)
Wenn Du zum Beispiel einen Elektromotor betrachtest, dann hat er eine gewisse Leistung, zum Beispiel 1000 Watt. Das bedeutet, dass jede Sekunde eine Energie von 1000 J von elektrischer Energie in überwiegend mechanische Energie umgewandelt wird. Wenn der Motor also 1 Sekunde lang läuft, hat er 1000 J Energie verbraucht (umgewandelt!), wenn eine 100 Sekunden läuft, dann hat er 100.000 J Energie verbraucht. Seine Leistung war die ganze Zeit über 1000 Watt.
@Kajjo: also kann man schlicht sagen, dass Arbeit die Umwandlung der Energie in eine andere Energieform heißt!
Ja, schlicht gesehen ja. Wobei im Falle der Arbeit die "andere Energieform" klassischerweise eben MECHANISCHE Energie ist.
Für den Fragesteller wohl eine hilfreiche Antwort. Einige Anmerkungen aber hierzu:
1) Arbeit und Energie sind nicht dasselbe. Energie ist (wie die meisten physikalischen Größen) eine Zustandsgröße, die Arbeit allerdings nicht, sondern eine Prozessgröße. Ein System hat zu keinem Zeitpunkt einen defnierten Wert an Arbeit. Die Arbeit ist, zusammen mit der Energieform "Wärme", ein Relikt aus dem 19. Jahrhundert und gehört zu den überflüssigen Größen der Physik.
2) Die Leistung ist falsch beschrieben. Die Leistung P = dE/dt ist die Energiestromstärke, und wie alle Stromstärken bezieht sie sich auf eine bestimmte Fläche, nicht auf einen Ort oder ein Bauteil. Dieses Missverständnis rührt auch aus dem 19. Jahrhundert her, als man für einen der wichtigsten Energietransporte, nämlich den mit dem elektrischen Strom, keine Stromdichteverteilung angeben konnte, man konnte den Energiestrom also nicht lokalisieren und behalf sich damit, ihn einem Gerät zuzuordnen. Der unglückliche Begriff "Leistung" hat diese Vorstellung bei Laien leider bis in die heutige Zeit erhalten und gefestigt.
3) Energieformen entstammen ebenfalls dem 19. Jahrhundert. Die Einteilung der Energie in "Formen" ist weder systematisch noch sinnvoll. So ordnet man manchmal eine Energieform einem Teil eines Systems zu, dessen Gibbsfunktion in lauter variablenfremde Teile zerfällt, Beispiel ist etwa die Spannergie. Manchmal bezeichnet man aber auch eine Austauschform der Energie als Energieform, etwa phi * dQ als elektrische Energie, mü * dn als chemische Enerige usw.
Mag alles sein, verwirrt den Fragesteller aber nur, da das alles kein SCHUL-NIVEAU ist. ich versuche grundsätzlich Antworten zu geben, die dem Fragesteller angemessen sind.
Leistung ist dE/dt und meine Beschreibung entspricht genau dem Level, den ein Schüler wissen und wiedergeben können muss. Natürlich beziehen normale Leute auch heute noch Leistung auf Geräte -- diese Angaben findet man überall. Akademische Details bringen es hier nicht.
Energieformen sind keineswegs überflüssig, auch in der modernen Naturwissenschaft nicht. Zum Beispiel ist gerade die Unterscheidung zwischen thermischer und gerichteter Energie auch für den zweiten Hauptsatz essentiell. Dein Beispiel von "Spannungsenergie" ist natürlich treffend, d.h. aber nicht, dass es nicht Sinn ergäbe, z.B. die Umwandlung von Kernenergie oder chemischer Energie in thermische zu betrachten.
Wenn du eine freiwillig ablaufende Reaktion betrachtest, dann ist die Summe der chemischen Potentiale der Produkte kleiner als die Summe der ch. P. der Produkte. Die Differenz, multipliziert mit der umgesetzten Stoffmenge, ergibt die freiwerdende Energie? Wo steckt diese aber? Bei jeder der oben beschriebenen Reaktionen wird Entropie produziert, und mit dE = T * dS ist klar, "wer" die Energie übernommen hat.
Im Übrigen sind irgendwelche Energieformen für den zweiten Hauptsatz vollkommen überflüssig. Entropie kann erzeugt, aber nicht vernichtet werden, dies ist eine Formulierung des zweiten Hauptsatzes, die ohne die Megaprozessgrößenkrücken Wärme und Arbeit auskommt.
Außerdem schrieb ich ja im ersten Satz, dass deine Antwort für den Fragesteller wohl hilfreich ist, dafür gibt es auch den DH.
Im Übrigen ist mein Geschriebenes nicht "akademisches Detail" im Sinne von "hat in der Schule nichts verloren", sondern es sind Dinge, die Schüler in der Mittelstufe ohne Probleme verstehen können.
Bezüglich "Arbeit" sind wir uns doch ohnehin einig. Ich habe doch schon in meiner Antwort den Begriff Arbeit als "heute nicht mehr notwendig" bezeichnet.
Entropie und Co sind im allgemeinen kein Mittelstufenstoff. Inhaltlich bin ich aber natürlich ganz auf Deiner Linie. Wir haben uns ja auch fachlich n icht widersprochen, nur unterschiedlichen Fokus gelegt.
Ich halte den Duktus von Ilks für total realitätsfern. Man muß doch einem Mittelschüler nicht mit derartigen akademischen Wortklaubereien kommen. Man kann auch in renommierten Zeitschriften, wie Nature oder Bild der Wissenschaft, dem Begriff Leistung begegnen, der sich einfach auf eine Größe der Dimension J/s bezieht. Beispiel: die Stärke eines Impulslasers wird stolz mit soundsoviel Gigawatt angegeben. Was soll denn daran falsch sein?? --- Diese Diskussion ist absurdes Theater angesichts der Fragestellung, bei der nicht einmal elementare physikalische Begriffe klar sind.
Nochmal: Ich sagte doch, dass ich die Antwort als wohl hilfreich für den Fragesteller betrachte. Mein Kommentar bezog sich auf die Antwort von Kajjo und nicht auf den Fragesteller, und ich denke, Kajjo weiß sehr wohl, wovon ich spreche.
arbeit:
arbeit wird in newton-meter oder Joule(J) angegeben, diese angabe beschreibt sozusagen eben wieviel arbeit du z.B. verrichten musstest um einen gegenstand mit einer bestimmten masse um eine bestimmte höhe anzuheben. leistung:
leistung beschreibt wie schnell du eine gewisse arbeit verrichtet hast, also beispielsweise wieviel newton-meter du pro sekunde verrichtest (Nm/s), ´leider hab ich die einheit dafür vergessen
auf energie fällt mir jetzt keine passende erklärung ein damit ich es dir verständlich machen kann
Nm/s ist doch bereits die Einheit.... man kann es natürlich auch einfach als "Watt" bezeichnen, aber das ist dann immer noch dasselbe.
Leistung zeigt an mit wie viel Energie du arbeitest.
Beispiel: Du hast einen 1 Kilo schweren Stein und den sollst du 1 Meter vom Boden hochheben.
Energie: Kraft die du aufwenden musst um den Block einen Meter hochzuheben
Arbeit: Die Energie die verbraucht wird, um diesen Block auf einen Meter Höhe anzuheben
Leistung: Gibt an wie schnell du den Block auf einen Meter angehoben hast.
Unfug, Energie und Kraft sind fundamental andere Größen. Nun bringe den Fragesteller nicht auch noch mit Kraft durcheinander.
Leistung gibt nicht die Zeit an, sondern wieviel Energie je Zeit umgewandelt wurde.
- Energie ist einfach Energie, meist in Joule angegeben.
- Arbeit ist die Energieänderung, auch delta E genannt. Die Arbeit ist der Betrag um den sich die Energie ändert. Auch sie wird meist in Joule angegeben.
- Die Leistung ist Energie pro Zeit, sie wird meist in Watt angegeben.
Energie ist das Vermögen Arbeit zu verrichten. Arbeit wird verrichtet, wenn eine Kraft entlang eines Weges auf einen Körper wirkt. Und als Leistung bezeichnet man die Energie pro Zeit. (P=E/t oder auch Arbeit pro Zeit)
Eine wirklich sehr gute Antwort. DH.