Sind Energie und Arbeit dasselbe?

Beim Überarbeiten von Formeln bin ich neulich auf etwas gestoßen:

Energie = Leistung × Zeit

Wenn wir Macht ersetzen, bekommen wir

Energie = Arbeit/Zeit × Zeit

Die Zeit hebt sich auf. Ist Arbeit also gleich Energie?

Arbeit ist eine Möglichkeit, die Energie eines Systems zu verändern. Arbeit kann das Produkt aus Kraft und Zeit sein; ebenso die an ein System abgegebene Energie und die Energieänderung eines Systems. So passen diese Konzepte zusammen. Ich denke, Sie hätten dies selbst beantworten können, indem Sie die Definitionen von Arbeit und Energie nachschlagen.
Nick Lucid hat auf seinem YouTube-Kanal Science Asylum gesagt: „Energie ist die Menge an Dingen, die passieren können. Arbeit ist die Menge an Dingen, die passieren.“ Was in seiner Sprache sehr locker und ungenau ist, zumindest außerhalb des Kontexts, aber ich denke nicht, dass es falsch ist.
Eine Analogie: Wenn Energie die Menge an Geld ist, die Sie haben, dann ist Arbeit eine Transaktion. Mithilfe von Transaktionen können Sie Geld zwischen Personen austauschen. Mit Arbeit kannst du Energie zwischen Objekten austauschen. Energie und Arbeit haben beide die gleichen Einheiten, ähnlich wie Geld und Transaktionen mit derselben Währung (wie Dollar oder Euro) gemessen werden.
Siehe auch Newtons zweites Gesetz: ∑ F → = M A → , Aber M A → ist keine Kraft.
Interessanterweise bedeutet „Energie“ im Griechischen „das Ding, das Arbeit in sich trägt“.
Eine ähnliche, aber bekanntere Unterscheidung ist Position vs. Verschiebung
@QuadmasterXLII was ist mit Impuls vs. Momentum? Ich erinnere mich an etwas wie Impuls ist die Änderung des Impulses

Antworten (11)

Sind Energie und Arbeit dasselbe

NEIN.

Arbeit ist eines der beiden Mittel zur Übertragung von Energie. Das andere ist Hitze. Aber Arbeit (und Wärme) sind nicht die Energie selbst. Sie sind Prozesse zur Übertragung von Energie.

Die durch Arbeit oder Wärme übertragene Energie führt zu einer Zunahme oder Abnahme der inneren Energie der Einheiten, die die Energie zwischen ihnen übertragen.

Hoffe das hilft.

Gibt es auch einen anderen Weg? Nicht sicher. Scheint, als könnten chemische Reaktionen und Zerfälle oder Kernreaktionen Energie von oder zu etwas übertragen
Ich glaube, dass die zugrunde liegenden Energieübertragungsmechanismen bei chemischen und nuklearen Reaktionen immer noch Wärme und Arbeit sind. Eine exotherme Reaktion gibt Wärme ab. Eine endotherme Reaktion absorbiert Wärme. Eine exotherme Reaktion (Verbrennung) in einem Zylinder, der mit einem beweglichen Kolben ausgestattet ist, erzeugt Arbeit.
Wärmeübertragung und Arbeit unterscheiden sich auf Mikroebene nicht wirklich. Es sind die Statistiken, die sie unterscheiden - Hitze ist chaotisch, Arbeit ist organisiert.
@fraxinus Wenn ich Kollisionen auf molekularer Ebene betrachte, stimme ich zu. Aber auf makroskopischer Ebene ist der Unterschied ziemlich klar. Aus diesem Grund verursacht die Übertragung zufälliger molekularer kinetischer Energie von einem heißen Objekt auf ein kaltes Objekt (Wärme) keine Bewegung des kalten Objekts, während die Übertragung der organisierten molekularen kinetischen Energie eines sich bewegenden Objekts beim Zusammenstoß mit einem stationären Objekt erfolgt (Arbeit) verursacht Bewegung des stationären Objekts.
ist die Sache zwischen Impuls und Momentum ähnlich? Ich erinnere mich an etwas wie Impuls ist die Änderung des Impulses
@BCLC Ja. Der Kraftimpuls wird als Impuls= definiert F A v e Δ T Wo F A v e ist die durchschnittliche Kraft und Δ T ist die Zeit, in der es ausgeübt wird. Kombiniere das dann mit Newtons zweitem Gesetz F A v e = M A A v e = M Δ v Δ T wir haben Impuls = F A v e Δ T = M Δ v das ist die Impulsänderung bei konstanter Masse. Wir können dies auch vom Arbeits-Energie-Prinzip aus betrachten F A v e D = − M v 2 / 2 .
Bob D glaube, ich habe mich besser an Physik erinnert, als ich dachte. Danke!

Arbeit ist eine Übertragung von Energie. Sie sind also eng miteinander verwandt (einschließlich der gleichen Einheiten), aber sie sind nicht gleich.

Speziell die Veränderung (Übertragung) von Energie durch Kraft? (Im Gegensatz zu Hitze).
Arbeit ist eine Energieveränderung, nicht irgendeine Energieveränderung. Arbeit, wie sie in modernen Lehrbüchern definiert wird, umfasst die Übertragung von Energie durch Felder, nicht nur Kräfte. Es schließt nur die durch Wärme übertragene Energie aus. Wenn ich jedoch einen Zauberstab bekommen würde, um Lehrbücher neu zu schreiben, dann hätte ich tatsächlich Arbeit als Energieänderung und Wärme wäre dann einfach Wärmearbeit.

Sowohl Arbeit als auch Wärme sind Mittel der Energieübertragung . Während Sie Energie haben (oder tragen oder enthalten ) können, zB thermische Energie oder kinetische Energie usw., können Sie weder Arbeit noch Wärme "haben" .

  • Wärme ist das, was wir thermodynamische Energieübertragung nennen (winzige Schwingungen, die von Teilchen zu Teilchen weitergegeben werden).
  • Arbeit ist das, was wir mechanische Energieübertragung nennen (größere Verschiebungen oder Volumenänderungen aufgrund mechanischer Kräfte).

Die Aussage „Arbeit ist Energie“ klingt in Ingenieursohren also etwas daneben. Vielmehr ist Arbeit sozusagen spezifisch „Energie im Transit“.

Leistung ist ein Begriff, der für pro Zeit übertragene Energie erfunden wurde. Dies könnte in vielen Szenarien auftauchen. Wenn Sie Wasser zum Kochen von Spaghetti erhitzen, ist die übertragene Energie Wärme, sodass die Leistung als Wärme pro Zeit definiert werden kann.

P = Q T .
Wenn Sie einen Automotor betreiben, bei dem Kolben in den Motorkammern Brenngas komprimieren und ausdehnen, dann könnte die Leistung sinnvoller als Arbeit pro Zeit definiert werden,
P = W T .
Unterm Strich schreibe ich Leistung normalerweise immer nur als:
P = E T
(oder evtl P = Δ E / T um anzuzeigen, dass wir es mit einer Energieänderung zu tun haben), bevor ich weiß, auf welches Szenario ich es anwenden muss und welcher Energieübertragungsmechanismus beteiligt ist. Dann wäre Ihre kleine Gleichungsumstellung einfach:

Energie = Leistung ⋅ Zeit = Energie Zeit ⋅ Zeit ⇔ Energie = Energie .

Um es richtig zu machen, sollten Sie Ihr "Endergebnis" haben P = Δ E T .
@Džuris Würdest du dann nicht auch lieber Δ T im Nenner?
Ich glaube nicht, dass es in diesem Fall so wichtig ist und T kann für eine gewisse Zeit ein gutes Symbol sein. Aber es gibt viele Zeiten, in denen wir etwas Energie im System „gespeichert“ haben. Beschleunigt man zB einen bereits fahrenden Karren, erhöht die Kraft dessen kinetische Energie und seine E = E 0 + P T nicht E = P T .
@Džuris Danke, ich verstehe deinen Punkt. Ich definiere implizit E als Energie in dieser Antwort übertragen, aber ich könnte in Betracht ziehen, das Symbol anzupassen, wenn es verwirrend ist.

Arbeit ist fast Energie. Beachten Sie, dass beide die gleiche Einheit Joule haben. Genau genommen ist Arbeit nun die Energiemenge, die durch eine Kraft über eine Entfernung auf ein Objekt übertragen wird.

Arbeiten = F ⋅ D ⋅ cos ⁡ θ
Wo F = auf das Objekt ausgeübte Kraft, D = Verschiebung, die Objekt erfährt und θ ist der Winkel zwischen Kraft- und Verschiebungsvektoren.

Beachten Sie, dass das, was Sie von der Algebra erhalten, nicht immer das widerspiegelt, was Sie in der Theorie erhalten.

Gibt es weitere Beispiele für wesentlich unterschiedliche physikalische Größen mit identischen Dimensionen?
@მამუკაჯიბლაძე Drehmoment und Arbeit zum Beispiel, Nm. Wenn Sie das Drehmoment mit dem dimensionslosen Winkel im Bogenmaß multiplizieren, um den es sich dreht, erledigen Sie die Arbeit.
@Neil_UK Danke! Etwas mehr? :)

Ja und nein, je nachdem, worüber wir sprechen.

Statistische Physik
Beispielsweise werden wir in der statistischen Physik Arbeit und Wärme als Mittel zur Änderung der inneren Energie des Systems bezeichnen

D U = D Q − D A
Arbeit ist hier eindeutig die Veränderung von Energie. Außerdem ist es nicht die volle Änderung, wenn die Wärmeübertragung auch vorhanden ist.

Mechanik
In der Mechanik ist Arbeit das Produkt aus Kraft und Weg F ⋅ D . Dies ändert nicht unbedingt die Energie des Systems, da es eine andere Kraft geben kann, die die entgegengesetzte Arbeit verrichtet. In anderen Fällen kann es Energie von einer Form in eine andere umwandeln (z. B. kinetische Energie in potentielle und umgekehrt). Schließlich kann es in nichtkonservativen Systemen tatsächlich die Gesamtenergie ändern, wie im Fall der Reibung.

Potentielle Energie ist Arbeit
Schließlich trifft man nicht selten auf Aussagen wie

potenzielle Energie ist Arbeit, die erforderlich ist, um das System zusammenzubauen (oder eine Ladung von unendlich weit zu bringen)

Beachten Sie, dass dies immer noch als Änderung der potentiellen Energie interpretiert werden könnte.

Energie = Leistung × Zeit

Nein, ist es nicht. Die korrekte Aussage (unter der Annahme einer konstanten Leistung oder "der durchschnittlichen" Leistung) wäre:

Energieänderung während eines Zeitraums = Leistung × Zeit

Ihre andere Substitution ist nur richtig, wenn Sie einen Prozess in Betracht ziehen, bei dem die Energie nur durch Arbeit verändert wird. In solchen Prozessen ist es in der Tat richtig, diese Substitution vorzunehmen und zu sagen:

Energiewandel = Arbeit

Aber generell könnte die Energie auch durch Wärme verändert werden, so ist es

Energieänderung (eines Systems) = Arbeit (am System geleistet) + Wärme (dem System zugeführt)

Und das ist der erste Hauptsatz der Thermodynamik. Die Klarstellungen in Klammern sind entscheidend, weil sie das Vorzeichen des Begriffs ändern. ZB die Arbeit, die am System geleistet wird, erhöht seine Energie, aber wenn Sie die vom System geleistete Arbeit in Betracht ziehen, würde es die Energie des Systems verbrauchen und somit verringern.

Energie ist die Fähigkeit eines Körpers, Arbeit zu leisten, die durch den Zustand des Körpers bestimmt wird. Zum Beispiel kann eine Kugel auf der Spitze eines Turms durch ihre Position im Gravitationsfeld der Erde (potenzielle Energie) ein Werk zum Herunterfallen bringen. Eine Kugel kann durch ihren kinematischen Zustand (kinematische Energie) einen Baum durchdringen. Im Allgemeinen sagt der Energietyp aus, welcher bestimmte Aspekt des Körperzustands dem Körper Energie verleiht. Energie und Arbeit haben dieselben physikalischen Dimensionen, sind aber nicht dasselbe.

Nein, es ist nicht dasselbe. Du musst Arbeit leisten, um Energie zu verändern.

Z.B. Sie müssen einen 10 kg schweren Gegenstand 2 Meter über dem Boden heben:

Potenzielle Energie des Objekts auf Bodenhöhe = mxgxh = 10 kg x 9,81 x 0 m = 0 J

Verrichtete Arbeit = Kraft x Weg = 10kg x 9,81 x 2m = 98,1N x 2m = 196,2 Nm

Potenzielle Energie des Objekts 2 m über dem Boden = 10 kg x 9,81 x 2 m = 196,2 J

Energie ist etwas, das ein physikalisches System hat; Arbeit ist etwas, das an oder von physischen Systemen getan wird.

Arbeit-Energie-Theorem

Das Arbeits-Energie-Theorem erklärt die Idee, dass die Netzwerkarbeit – die Gesamtarbeit aller Kräfte zusammen – die an einem Objekt geleistet wird, gleich der Änderung der kinetischen Energie des Objekts ist.

Hier ist ein einfaches Beispiel, das meiner Meinung nach für das Grundkonzept dieser Beziehung nützlich ist:

Stellen Sie sich vor, Sie haben ein Gewicht von 1 kg und tragen es einen Hügel bis zu einer Höhe von 100 Metern.

Wir können berechnen, dass sich die potenzielle Gravitationsenergie des Gewichts um 980 J erhöht hat. F: Woher kommt dieser Anstieg? A: Als Sie es den Hügel hinauf getragen haben, haben Sie mindestens 980 J Arbeit geleistet. Dazu müssen Sie (mindestens) 980J Energie verbraucht haben. Ich denke gerne (vereinfacht und informell) an Arbeit als Anwendung von Energie.

Geben Sie hier die Bildbeschreibung einDieses Bild zeigt, wie wir Geld verdienen und auch ausgeben.

Mit physikalischem Beispiel verstehen wir besser als mit theoretischem Beispiel.

Geld ist wie Energie, die wir durch Arbeit verdienen. Arbeit und Energie haben die gleiche Einheit, aber wie unterschiedlich ist deutlich in Abbildung gezeigt. Arbeit ist nur eine Möglichkeit, Energie zu übertragen, ebenso wie Arbeit nur eine Möglichkeit ist, Geld zu bekommen und dieses zu übertragen, um Dinge zu bekommen.

Diese Antwort könnte besser sein, wenn sie die Analogie erklärt ... Was wird in diesem Bild durch "Energie" dargestellt? Was wird in diesem Bild durch „Arbeit“ repräsentiert? Wie OP beobachtete, haben Arbeit und Energie die gleichen Einheiten. Beides ist hier Geld? Ist „Energie“ Ihr Vermögen und „Arbeit“ Ihr Einkommen? Und das erste Bild versucht zu sagen, dass Sie Ihr Geld für sich arbeiten lassen sollten und nicht für Ihr Geld arbeiten. Bedeutet das etwas für Energie? Ich verstehe den Unterschied zwischen Arbeit und Energie, aber ich verstehe wirklich nicht, wie diese Analogie funktionieren sollte ...
Sind Energie und Arbeit dasselbe?
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