Energie

[KurtB]

AW: Energie

Hallo Benjamin,

Könntest du deine Gedanken auch näher erläutern?

ich hab versucht zu verstehen was das eigentlich ist.
Dieses allgegenwärtige, ungeheuer wandelbare, alles machende Ding.

Raus kam das es sich um eine Hilfsvorstellung handelt.
Eine geniale Hilfseinrichtung. Ein echter Knüller ein so perfektes Chamäleon.
Sehr Hilfreich und für Anwendungen in der Technik unverzichtbar.
Auch zum Verstehen von Vorgängen und Abläufen ist diese Hilfe sehr gut zu gebrauchen.
Aber! es ist nur eine Hilfsvorstellung, sonst nichts.
Das wär ja nicht weiter schlimm, jedoch wurde aus dieser genialen Hilfe ein "Ding" gemacht.
Dieses Ding wird verwendet um die Abläufe in der Natur zu erklären.
Ja es geht soweit dass dieses Ding sogar dafür verantwortlich gemacht wird.
Das kanns nicht sein. Dieses Verhalten deckt die Umstände zu und unterbindet Weitersehen.

Beispiel: wie entsteht die Farbe beim Laser.

Naja, vielleicht kannst du oder jemand Anderes etwas dazu sagen. Dann schauma mal ob es zu meiner Behauptung passt oder nicht.


Kurt

 

[Hartmut]

AW: Energie

Hallo Ben,

ich habe heute in aller Frühe auf Deinen Beitrag geantwortet, jedoch ist die Post offenbar verloren gegangen. Dann versuch' ich's halt noch einmal.

Ja, aber heute wissen wir, dass Masse keine Erhaltungsgröße ist.

Wieso, Ben?
Energie und Masse sind einander proportional (E = m*c^2, c ist konstant). Wenn die Energie erhalten bleibt, dann auch die Masse. Die früheren beiden Erhaltungssätze für Masse bzw. Energie sind zu einem einzigen verschmolzen, dem Satz von der Erhaltung der Materie (Masse-Energie).

Ich würde viel mehr sagen, "Materie" und Masse sind Formen von Energie.

Nach meiner (und nicht nur meiner) Auffassung ist Materie der Oberbegriff, d. h. Masse und Energie sind Formen der Materie. Dass man früher Masse mit Materie gleichsetzte, hat historische Gründe.

Viel vernünftiger ist es, sich sowohl Masse als auch das elektromagnetische Feld als eine Form von Energie vorzustellen.

Tatsächlich gibt man in einigen Gebieten der Physik, z. B. der Elementarteilchentheorie, die Masse von Teilchen in Energieeinheiten (MeV, GeV) an.

Es sieht so aus, als ob das Feld mit seinem Energieinhalt der zentrale Begriff der Physik ist. Wichtige Gesetze der modernen Physik werden als Gleichungen für Felder formuliert, so für elektromagnetische Felder (Maxwell), Gravitationsfelder (Einstein), Quantenfelder (Feynman u. a.).

Meines Wissens hat (hatte?) die Feldtheorie aber dort Probleme, wo es um sehr grosse Energiekonzentrationen geht, d. h. am Ursprung der Felder, also bei elektrischen Ladungen bzw. bei Massen.

Sicher bin ich aber nicht mehr auf dem aktuellen Stand.

Gruss
Hartmut

 

[Hartmut]

AW: Energie

Dieses Ding [die Energie] wird verwendet um die Abläufe in der Natur zu erklären.
Ja es geht soweit dass dieses Ding sogar dafür verantwortlich gemacht wird.

Wer behauptet so etwas, KurtB?

Da der Begriff der Energie ursprünglich aus der Mechanik stammt, möchte ich den Stellenwert der Energie beispielhaft an der Bewegung eines mechanischen Systems erläutern.

Bei der Bewegung eines solchen Systems ändern sich die Koordinaten und Geschwindigkeiten, die den Zustand des Systems bestimmen, mit der Zeit. Es gibt jedoch gewisse Funktionen dieser Grössen, die bei der Bewegung ihren Wert beibehalten und nur von den Anfangsbedingungen abhängen. Diese Funktionen heissen Bewegungsintegrale.

Unter den Bewegungsintegralen sind einige, deren Konstanz eine tiefe Ursache hat, weil sie mit Grundeigenschaften von Zeit und Raum - ihrer Homogenität und Isotropie - zusammenhängen.

Die Energie ist ein solches Bewegungsintegral. Die Erhaltung der Energie folgt aus der Homogenität der Zeit, d. h. daraus, dass die Zustandfunktion eines abgeschlossenen mechanischen Systems nicht explizit von der Zeit abhängt. Weitere Erhaltungssätze gelten für den Impuls und den Drehimpuls eines mechanischen Systems.

Statt die Bewegungsgleichungen selbst zu lösen, ist es oft praktisch, von den Erhaltungssätzen auszugehen.

Wie Du siehst, ist die Energie und ihre Erhaltung nur ein Aspekt des dynamischen Systemverhaltens. Aber es ist, wie Du richtig schreibst, eine überaus geniale "Hilfsvorstellung".

Gruss
Hartmut

 

[KurtB]

AW: Energie

Wer behauptet so etwas, KurtB?

Physiker

Da der Begriff der Energie ursprünglich aus der Mechanik stammt, möchte ich den Stellenwert der Energie beispielhaft an der Bewegung eines mechanischen Systems erläutern.

Gut zu wissen woher der Begriff kommt.

Bei der Bewegung eines solchen Systems ändern sich die Koordinaten und Geschwindigkeiten, die den Zustand des Systems bestimmen, mit der Zeit. Es gibt jedoch gewisse Funktionen dieser Grössen, die bei der Bewegung ihren Wert beibehalten und nur von den Anfangsbedingungen abhängen. Diese Funktionen heissen Bewegungsintegrale.

OK, das kann ich nachvollziehen.

Unter den Bewegungsintegralen sind einige, deren Konstanz eine tiefe Ursache hat, weil sie mit Grundeigenschaften von Zeit und Raum - ihrer Homogenität und Isotropie - zusammenhängen.

Das schon weniger, du bringst Zeit und Raum ins Spiel, darüber sollten wir mal reden.

Die Energie ist ein solches Bewegungsintegral.

OK

Die Erhaltung der Energie folgt aus der Homogenität der Zeit, d. h. daraus, dass die Zustandfunktion eines abgeschlossenen mechanischen Systems nicht explizit von der Zeit abhängt. Weitere Erhaltungssätze gelten für den Impuls und den Drehimpuls eines mechanischen Systems.

Statt die Bewegungsgleichungen selbst zu lösen, ist es oft praktisch, von den Erhaltungssätzen auszugehen.

Wie Du siehst, ist die Energie und ihre Erhaltung nur ein Aspekt des dynamischen Systemverhaltens. Aber es ist, wie Du richtig schreibst, eine überaus geniale "Hilfsvorstellung".

Danke Hartmut für die schöne Erklärung!
Solcherart Energie mein ich wenn ich von einer Variablen rede.
Mir sind die Begriffe wie Integral usw. nicht geläufig.
Eher versteh ich die Begriffe die in BASIC vorkommen.


Kurt

 

[Benjamin]

Guten Abend Hartmut!


Es ist mir gestern erst im selben Thread passiert, dass mein Text verloren ging. Aber in meinem Fall war es mein eigener Fehler (obwohl ich zunächst dem PC die Schuld gab ... ).

Wieso, Ben?
Energie und Masse sind einander proportional (E = m*c^2, c ist konstant). Wenn die Energie erhalten bleibt, dann auch die Masse. Die früheren beiden Erhaltungssätze für Masse bzw. Energie sind zu einem einzigen verschmolzen, dem Satz von der Erhaltung der Materie (Masse-Energie).

Damit irritierst du mich.
Masse ist keine Erhaltungsgröße, genauso wenig wie Wärme. Das zeigt doch der Massendefekt. Es gilt, so weit ich weiß, auch keine Materieerhaltung in der Physik. Materie besteht nach mir bekannter Definition aus Fermionen, für die jedoch keine Energieerhaltung gilt. Denke an die Annihilation, die Paarvernichtung, von Elektron und Positron, bei der die gesamte Masse der beiden in elektromagnetische Energie umgewandelt wird, und die Masse damit vernichtet wird.

Nach meiner (und nicht nur meiner) Auffassung ist Materie der Oberbegriff, d. h. Masse und Energie sind Formen der Materie. Dass man früher Masse mit Materie gleichsetzte, hat historische Gründe.

Wie gesagt, nach mir gängiger Definition bezeichnet man all das als Materie, was aus Fermionen besteht. Photonen zählen jedoch zu den Bosonen, und haben ebenso eine Energie. In dem Sinn ist nicht Energie eine Form der Materie, sondern Materie eine Form der Energie.

Es sieht so aus, als ob das Feld mit seinem Energieinhalt der zentrale Begriff der Physik ist. Wichtige Gesetze der modernen Physik werden als Gleichungen für Felder formuliert, so für elektromagnetische Felder (Maxwell), Gravitationsfelder (Einstein), Quantenfelder (Feynman u. a.).

Meines Wissens hat (hatte?) die Feldtheorie aber dort Probleme, wo es um sehr grosse Energiekonzentrationen geht, d. h. am Ursprung der Felder, also bei elektrischen Ladungen bzw. bei Massen.

Es ist meines Erachtens sehr vernünftig, jede Energie in Form eines Feldes zu beschreiben.
Die Quantenfeldtheorie war leider noch nicht Bestandteil meiner Vorlesungen. Aber so weit ich weiß, rufen extreme Energiedichten, wie z.B. in Schwarzen Löchern, heute noch Singularitäten in den Gleichungen hervor.

gute Nacht

Ben

 

[Muzmuz]

AW: Energie

hallo, kurtb

was energie "ist", so wie ein laie diese frage wahrscheinlich beantwortet haben will, lässt sich letztendlich nicht beantworten

was menschen aus ihren alltäglichen beobachtungen kennen, ist "von nichts kommt nichts"
bei näherer, wissenschaftlicher beobachtung aber hat sich nie etwas greifbares finden lassen...dieses "etwas", das immer beständig ist
es lässt sich zwar berechnen im sinne von umrechnen (z.b. wieviel kohle brauche ich, um einen tag lang mein haus zu heizen), aber eben nicht greifen

nachdem man "es" aber berechnen kann, kann man es auch ohne greifbarkeit benennen, und sowohl begrifflich wie auch mathematisch definieren
das ist auch höchst sinnvoll, denn erst, wenn etwas invariant ist, lässt es sich mathematisch sinnvoll fassen
(z.b. y = x^2 ... weder y noch x müssen für sich konstant sein, aber wenn das quadrat von x KONSTANT y ergibt, lässt sich mit der formel etwas anfangen)

letztendlich bleibt dann als definition für energie, salopp gesagt, die thermodynamische größe, die eben konstant bleibt (blablabla, im abgeschlossenen system, blablabla...hatten wir schon)

lg,
Muzmuz

 

[KurtB]

AW: Energie

letztendlich bleibt dann als definition für energie, salopp gesagt, die thermodynamische größe, die eben konstant bleibt (blablabla, im abgeschlossenen system, blablabla...hatten wir schon)

Hallo @Muzmuz,

es bleibt eine, ich nenn es Variable oder Rechenhilfe.
Das heisst aber auch das ich damit keinerelei Erklärungen machen kann wie denn etwas funktioniert.
Ein Tank voll Sprit (bei den Preisen ein Luxusartikel) reicht für 1000 Km.
Er habe die Energie XX
Dadurch das diese Energie im Motor in eine andere Energie umgewandelt wird kann man 1000 Km fahren.
Also ist es die Energie die das macht.
So ungefähr stellt sich mir die Physik dar.

Naja, was macht die Energie dabei, nichts!
Sie dient lediglich als Zahl um auch ausrechnen zu können wieviel KM übrigbleiben wenn der Radio und der Scheibenwischer und das Licht noch mitläuft.
Es ist nicht -die- Energie die den Karren antreibt, es sind die vieeelen Vorgänge im Motor die auf die Räder wirkten.

Und das mit der Energie als "Schuldigen" geht soweit das alles was sich irgendwie verändert dies aufgrund von Energiewirkung ereignet.

Ein fateles Tun würd ich sagen.
Es führt zu Erklärungen die einfach stockfalsch sind, unbrauchbar um weiterzukommen.


Kurt

 

[Muzmuz]

AW: Energie

hallo kurtb,

ja, das trifft den punkt
wenn ich den freien fall nehme, und eine konstanz
m*g*h + 1/2*m*v^2 = konstant entdecke und jener konstanz einen namen (z.b. (mechanische) energie) gebe, muss ich nicht wissen, was das nun konkret sein soll...es genügt zu wissen, dass ES konstant ist
wozu das gut ist ? ich kann damit h und v miteinander in beziehung setzen

so verhält es sich auch mit anderen "energieformen"
energie ist nur die hilfsgröße, mit der ich durch deren konstanz andere größen miteinander in beziehung setzen kann
(z.b. menge kohle und wärme im haus, menge treibstoff und reichweite auto, elektrizität und wärme oder chemische energie, masse und strahlung, undundund)

solche umrechnungen sind wichtig, daher ist energie auch eine wichtige physikalische größe...und in der ermöglichung jener umrechnungen sehe ich auch als den einzigen sinn bzw die existenzberechtigung der größe energie

lg,
Muzmuz

 

[KurtB]

AW: Energie

hallo kurtb,

ja, das trifft den punkt
wenn ich den freien fall nehme, und eine konstanz
m*g*h + 1/2*m*v^2 = konstant entdecke und jener konstanz einen namen (z.b. (mechanische) energie) gebe, muss ich nicht wissen, was das nun konkret sein soll...es genügt zu wissen, dass ES konstant ist
wozu das gut ist ? ich kann damit h und v miteinander in beziehung setzen

so verhält es sich auch mit anderen "energieformen"
energie ist nur die hilfsgröße, mit der ich durch deren konstanz andere größen miteinander in beziehung setzen kann
(z.b. menge kohle und wärme im haus, menge treibstoff und reichweite auto, elektrizität und wärme oder chemische energie, masse und strahlung, undundund)

solche umrechnungen sind wichtig, daher ist energie auch eine wichtige physikalische größe...und in der ermöglichung jener umrechnungen sehe ich auch als den einzigen sinn bzw die existenzberechtigung der größe energie

Danke @Muzmuz,

du hast mich in meiner Überzeugung bestärkt.


Kurt

 

[Benjamin]

Was ist der Wirklichkeit näher?

Aber! es [die Energie] ist nur eine Hilfsvorstellung, sonst nichts.

Hallo Kurt!

Diese Ansicht kann ich nicht teilen. So wie du argumentierst, kann man alles als Hilfsvorstellung betrachten. Ich meine, sehen wir uns die Luft an, die uns andauernd umgibt. Man mag dazu neigen, zu behaupten, die Luft wäre wirklich, weil man sie spüren oder riechen kann.
Aber stellen wir nun die Frage, was denn Luft wirklich ist, dann wird man auf der Suche nach einer Antwort bald einsehen müssen, das dies nicht so eindeutig ist, wie man vielleicht annehmen möchte.

Einerseits könnte man zum Beispiel sagen: "Luft ist das, was man als Wind spürt, oder was man zum Atmen braucht." Oder man sagt: "Luft ist ein Gasgemisch, das hauptsächlich aus Stickstoff und Sauerstoff besteht."
Auch hier könnte man hergehen und behaupten "Stickstoff" und "Sauerstoff" seien Hilfsvorstellungen. Denn obwohl wir einige Eigenschaften über diese beiden kennen, wissen wir bis heute noch nicht genau, was Atome oder Moleküle wirklich sind.
Jedoch könnte man ebenso behaupten "Luft" wäre eine Hilfsvorstellung, eine Vereinfachung oder Verallgemeinerung dessen, was wir als Gasgemisch bezeichnen.

Ähnlich verhält es sich mit der Energie. Wenn wir einen Stein betrachten, können wir sagen, der Stein ist wirklich und seine Beschreibung, er bestünde aus Energie, ist eine Hilfsvorstellung.
Was aber wenn ich sage, der Stein ist in Wirklichkeit Energie und das, was wir als "Stein" bezeichnen, ist eine Summe von Wahrnehmungen, die unser Gehirn interpretiert und welche wiederum auf Energieformen zurück gehen?

Ich bin der Ansicht, dass die naturwissenschaftliche Beschreibung des Steines dessen Wirklichkeit näher kommt, als die Beschreibung des Steines durch unsere fünf Sinne. Ich gebe aber auch zu, dass die Naturwissenschaften trotzdem noch lange nicht wissen, was der Stein nun wirklich ist. Aber ich glaube eben, unsere fünf menschlichen Sinne wissen es noch weniger.

Beispiel: wie entsteht die Farbe beim Laser.

Benutzt man die Physik, um eine Beschreibung zu bekommen, dann könnte man die Farbe des Lasers ungefähr so erklären: Durch elektrischen Strom kann man Elektronen so beschleunigen, dass diese dabei Licht abstrahlen. Man kann dieses Licht zum Beispiel mit Spiegeln in einem Kristall "einsperren", um so seine eigene Energie dafür zu nutzen, um die Elektronen des Kristalls zu stimulieren. Diese Stimulation bewirkt wieder eine Aussendung von Licht, welches ebenso im Kristall "eingesperrt" wird, und immer mehr Licht erzeugt. Einer der "einsperrenden" Spiegel kann so beschaffen sein, dass er einen Teil des Lichtes hinaus lässt, was wir darauf als austretendes Laserlicht wahrnehmen können.
Die Farbe des Laserlichtes hängt hauptsächlich vom Kristall und seinen physikalischen Eigenschaften ab, also sprich von den Energieniveaus bestimmter Elektronen im Kristall. Es ist genau die Energie zwischen zweier Niveaus, die abgestrahlt wird. Diese Energie entspricht der Energie des Laserlichtes. Unser menschliches Auge reagiert auf unterschiedliche Lichtenergien unterschiedlich. Diese Unterschiede empfinden wir als Farben. Jede Lichtenergie hat eine eigene Farbe, wobei die Differenziertheit begrenzt ist, es also nicht unendlich viele Farben für uns gibt. Was an der Natur unseres Auges liegt. Im Unterschied zur Lichtenergie, die zumindest nach heutigem Stand der Dinge theoretisch unendlich viel verschiedene Energien annehmen kann.

Auch hier bin ich der Ansicht, dass unsere physikalische Beschreibung des Lichtes seiner Wirklichkeit näher kommt, als die Wahrnehmung unserer Sinne. Unsere Augen zum Beispiel können die Eigenschaft der Polarisation des Lichtes nicht erkennen. Die Physik jedoch kennt diese Eigenschaft.

mfg
Ben