Was Energie ist, kann weder geschaffen noch zerstört werden – Definition

Energie kann weder erzeugt noch zerstört werden

Es ist das Prinzip der Energieeinsparung , das heißt:

Energie kann weder erzeugt noch zerstört werden , sondern in verschiedene Formen umgewandelt werden.

In der Thermodynamik ist es das wichtigste Gesetz für die Analyse der meisten Systeme und dasjenige, das quantifiziert, wie Wärmeenergie in andere Energieformen umgewandelt wird . Daraus folgt, dass Perpetual-Motion-Maschinen der ersten Art unmöglich sind.

Energie kann als Arbeitsfähigkeit definiert werden . Es kann in einer Vielzahl von Formen vorliegen und kann transformiert von einer Art von Energie zu einem anderen in Hunderten von Möglichkeiten.

Das Verbrennen von Benzin zum Antrieb von Autos ist beispielsweise ein Energieumwandlungsprozess, auf den wir uns verlassen. Die chemische Energie in Benzin wird in Wärmeenergie umgewandelt , die dann in mechanische Energie umgewandelt wird , die das Auto bewegt. Die mechanische Energie wurde in kinetische Energie umgewandelt . Wenn wir die Bremsen verwenden, um ein Auto anzuhalten, wird diese kinetische Energie durch Reibung zurück in Wärme oder Wärmeenergie umgewandelt .

Eine Konsequenz des Energieerhaltungsgesetzes ist, dass eine Perpetual-Motion-Maschine der ersten Art, die Arbeit ohne Energieeintrag erzeugt, nicht existieren kann.

Das Konzept der Energieeinsparung ist in vielen Bereichen weit verbreitet. In diesem Artikel werden die folgenden Felder behandelt:

• Erhaltung der mechanischen Energie
• Energieeinsparung in der Strömungsmechanik
• Energieeinsparung in der Thermodynamik
• Energieeinsparung in Stromkreisen
• Energieeinsparung bei chemischen Reaktionen
• Energieeinsparung in der Speziellen Relativitätstheorie
• Energieeinsparung bei Kernreaktionen

Gesetz zur Erhaltung der Massenenergie – Massenenergieäquivalenz

Zu Beginn des 20. Jahrhunderts wurde der Begriff der Masse radikal überarbeitet. Die Masse verlor ihre Absolutheit . Eines der bemerkenswerten Ergebnisse von Einsteins Relativitätstheorie ist, dass Masse und Energie äquivalent und  ineinander umwandelbar sind. Die Äquivalenz von Masse und Energie wird durch Einsteins berühmte Formel E = mc ^{2 beschrieben} . Mit anderen Worten, Energie ist gleich Masse multipliziert mit der Lichtgeschwindigkeit im Quadrat. Da die Lichtgeschwindigkeit eine sehr große Zahl ist, impliziert die Formel, dass jede kleine Menge Materie eine sehr große Menge Energie enthält. Es wurde festgestellt, dass die Masse eines Objekts der Energie entspricht, mit der Energie umwandelbar ist und bei außerordentlich hohen Geschwindigkeiten nahe der des Lichts signifikant zunimmt. Unter der Gesamtenergie eines Objekts wurde seine Ruhemasse sowie seine durch die Zunahme der kinetischen Energie verursachte Zunahme der Masse verstanden .

In der speziellen Relativitätstheorie können bestimmte Arten von Materie erzeugt oder zerstört werden , aber in all diesen Prozessen bleiben Masse und Energie, die mit solcher Materie verbunden sind, in ihrer Menge unverändert . Es wurde festgestellt, dass die Ruhemasse eines Atomkerns messbar kleiner ist als die Summe der Ruhemassen seiner Protonen, Neutronen und Elektronen . Die Masse wurde im geschlossenen System nicht mehr als unveränderlich angesehen. Der Unterschied ist ein Maß für die Kernbindungsenergie, die den Kern zusammenhält. Nach der Einstein-Beziehung ( E = mc ² ) ist diese Bindungsenergie proportional zu dieser Massendifferenz und wird als Massendefekt bezeichnet .

Während der Kernspaltung oder Kernfusion wird ein Teil der Masse des Kerns in große Energiemengen umgewandelt, und somit wird diese Masse aus der Gesamtmasse der ursprünglichen Teilchen entfernt, und die Masse fehlt im resultierenden Kern. Die Kernbindungsenergien sind enorm, sie liegen in der Größenordnung einer Million Mal höher als die Elektronenbindungsenergien von Atomen.

Im Allgemeinen tritt sowohl bei chemischen als auch bei Kernreaktionen eine gewisse Umwandlung zwischen Ruhemasse und Energie auf, so dass die Produkte im Allgemeinen eine kleinere oder größere Masse als die Reaktanten aufweisen. Daher ist das neue Erhaltungsprinzip  die Erhaltung der Massenenergie .

Siehe auch: Energiefreisetzung aus der Spaltung