Energieerhaltung auf atomarer Ebene

@uatu

Sehr geile Darstellung von Kraft, Arbeit und Leistung in Verbindung mit Gravitation und kinetischer Energie, dadurch ist mir vieles klarer geworden danke dafür.

Meine Frage dazu knüpft eigentlich an mein Grundproblem und den Fragen an die anderen User an:

Ausgehend von folgender Definition: Energie = potentielle Leistung, Leistung = Energieumwandlung.

Wenn die Kugel durch eine Kette den Elektrogenerator antreibt wird Leistung erzeugt, die kinetische Energie der Kugel wird durch die Gravitationskraft auf die Kugel übertragen, es findet also eine weitere Energieumwandlung vor dem Generator statt. Woher kommt nun diese Energie welche die Gravitationskraft selbst erhält? Oder eben was führt dazu das sich Atome bis zu einem "Schwellwert" selbst erhalten können?

@Tronos: Leistung ist zwar immer mit Energieumwandlung verbunden, sie ist aber nicht gleich Energieumwandlung. Z.B. kann man (Verluste unberücksichtigt gelassen) mit 1 Ws elektrischer Energie eine Masse von 2 kg auf eine Geschwindigkeit von 1 m/s beschleunigen (kinetische Energie: 1/2 * m * v² = 1/2 * 2 kg * (1 m/s)² = 1 Nm = 1 Ws). Das beschreibt eine Energieumwandlung. Leistung kommt jedoch darin nicht vor. Leistung gibt an, wie schnell das passiert. Diese Umwandlung kann sowohl eine Sekunde als auch eine Stunde dauern. Das geht aus der energetischen Betrachtung nicht hervor. Die Leistung ist in diesem Fall: P = 1 Ws / t. Dauert die Umwandlung eine Sekunde, beträgt die Leistung 1 W, dauert sie eine Stunde, beträgt die Leistung 1/3600 W.

Tronos schrieb:Woher kommt nun diese Energie welche die Gravitationskraft selbst erhält?

Es ist absolut entscheident, zu verstehen (was vielen Menschen sehr schwerfällt), dass sowohl Kraft als auch Geschwindigkeit zu ihrer Erhaltung keine Energiezufuhr brauchen. Z.B. im Fall zweier astronomischer Objekte, die auf einer stabilen Bahn umeinander kreisen, bleibt sowohl die Anziehungskraft als auch die Bewegung bis in alle Ewigkeit ohne Energiezufuhr erhalten, sofern keine äusseren Störungen das System durcheinanderbringen.

Tronos schrieb:daraus lese ich das es eine art "Selbsterhaltung" von Atomen und Molekülen gibt

Ja, das ihre "Lebensdauer", korrekter . Solange die Atome nicht radioaktiv sind(so instabil sind, dass sie stetig zerfallen-> Halbwertzeit) oder von außen energetisch beeinflusst werden, "leben" sie "ewig".
Man kann auch umgangsprachlich sagen: nicht radioaktive Atome wird es solange wie das Universum geben.
Wenn man die Bausteine des Atom betrachtet:

Trotz intensiver Suche ist bis heute kein Zerfall eines Protons beobachtet worden. Es wird eine Halbwertszeit von 1031 bis 1036 Jahren von den Theorien vorhergesagt.

Wikipedia: Protonenzerfall
Die Elektronenlebensdauer wird mit "stabil" angegeben = nie.

Und das hat dann auch was mit den Verbindungen zu tun, "lebt" der Atom "ewig" gibt es die Verbindung auch "ewig", wiederum solange auf diese Verbindung keine Energie einwirkt.

Tronos schrieb: wird der Magnet mit der Zeit schwächer und das Gewicht fällt hinunter? Oder erhält sich seine Anziehungkraft und das Gewicht bleibt ewig daran hängen

Wenn nur diese Kräfte wirken und im Gleichgewicht sind, bleibt er "ewig" dort. Es gibt auch Punkte in Raum wo sich Gravitationskräfte aufheben, solange die Massen gleich bleiben.
Wikipedia: Lagrange-Punkte

PS: in der Realität können Magnete schwach (oder stärker) werden, auf die Materialien wirken Strahlung, Wärme oder mechanische Schläge...das ist ein anderes Thema.

Tronos schrieb:Wenn ich das richtig verstehe wird die Energie welche den Gegendruck (Kraft) erzeugt im Prinzip aus der Gravitationskraft erzeugt (Druck erzeugt Gegendruck).

Also zuerst fand ich diesen Gedanken ja noch vollkommen abwegig ( Bauchgefühl :D ), wieso sollte Gravitation ihren eigenen Gegendruck erzeugen, aber je länger ich versuche was zum Thema zu finden, desto weniger kann ich das ausschließen. Letztlich muss ich zugeben, ich weiß es nicht wirklich, würde es aber gerne wissen.

Wo man auch nachliest, überall steht nur das Gleiche, übt man auf Fermionen mit identischen Quanteneigenschaften Druck aus, bzw. zwingt sie sich anzunähern, gewinnen sie Energie, und bauen einen Gegendruck auf, den sogenannten Fermi- oder auch Entartungsdruck. Einige Quellen sprechen nur allgemein von Energie die die Teilchen gewinnen, andere spezifizieren sie auch schon mal als kinetische Energie. Aber woher diese Energie stammt, findet man nirgends. Ist das nun die berühmte Vakuumenergie, oder wird da tatsächlich die Gravitation "angezapft, oder beruht das Ganze auf der elektromagnetischen Abstoßung, ... ich weiß es einfach nicht, werde aber am Ball bleiben, weil mich das auch interessiert.

Ich hatte übrigens zu diesem Thema sogar schon mal einen eigenen Thread eröffnet, außer Gim hat sich jedoch keiner gefunden, der da mitmachen wollte. Auf die Frage, wo die Energie herkommt, die für den Gegendruck benötigt wird, sind wir aber nicht eingegangen. Dort hatte ich auch einen Artikel verlinkt, in dem es ums Elektron ging, im übrigen ein sehr guter Artikel wie ich finde. Den sollte man sich unter diesem Gesichtspunkt ruhig noch mal durchlesen, insbesondere das letzte Kapitel "Starr und vielgestältig". Dort wird am Ende auch noch mal ganz klar bestätigt:

Keine einzige Antwort zu Fragen der Quantenmechanik, wird der Realität gerecht .... muss man wissen!

Ups, ... hatte den Link vergessen :D

http://www.spektrum.de/kolumne/das-raetselhafte-elektron/1198794

@uatu

Ich denke ich verstehe langsam, um ein weiteres Beispiel zu nennen: Wenn ich also zwei Generatoren / Motoren habe der eine ist Gross (grössere Leistung) und der andere klein dann können sie die selbe Energie umsetzen mit dem Unterschied das der grosse dies schneller schafft als der kleine.

Und bei dem Beispiel mit der Stahlkugel, gebe ich der Kugel Lageenergie wenn ich sie in die Höhe bringe und genau diese Energie (Verluste vernachlässigt) setzt der Generator welcher über die Kette mit der Kugel verbunden ist, um.

Es ist absolut entscheident, zu verstehen (was vielen Menschen sehr schwerfällt), dass sowohl Kraft als auch Geschwindigkeit zu ihrer Erhaltung keine Energiezufuhr brauchen

Bei mir ist es so das ich es auf Makroskopischer ebene einfacher verstehe als auf Atomarer ebene, wenn ich einem Rad Energie zuführe dan wird es ewig drehen (reibungsverluste vernachlässigt), die Energie wird in Form von kinetischer Energie gespeichert eigentlich einleuchtend.

Wobei ich noch Schwierigkeiten habe ist zu verstehen weshalb sich die Atomstruktur nicht verändert, (wie beim Kugelschreiber Beispiel). Das Rad als Ganzes speichert sozusagen die Energie, die Energie beeinflusst im Grunde aber auch die einzelnen Atome und dennoch schaffen sie es zusammenzubleiben und Energie auf eine "kollektive" Art zu speichern ohne auseinanderzufallen. Man kann jetzt damit Argumentieren, das die Bindungskräfte der Atome um das vielfache höher sind als die Kräfte welche von aussen wirken. Nur müsste selbst dann eine (wenn auch sehr kleine) Veränderung der Struktur stattfinden was aber nicht der Fall ist.

@Abahatschi

Abahatschi schrieb:Die Elektronenlebensdauer wird mit "stabil" angegeben = nie.

Und das hat dann auch was mit den Verbindungen zu tun, "lebt" der Atom "ewig" gibt es die Verbindung auch "ewig", wiederum solange auf diese Verbindung keine Energie einwirkt.

Das ist auch so ein Punkt, eigentlich wirken ja ständig Energien auf ein Elektron oder ein Atom, sie schaffen es aber trotzdem stabil zu bleiben (unter einem gewissen schwellwert zumindest) oder Energien einfach umzuleiten, das Leuchtet mir noch nicht so wirklich ein.

Ähnlich wie bei einem Magneten, auf ihn wirken auch ständig Kräfte ein aber dennoch bleibt die Anziehungskraft erhalten (Mechanische schläge, Strahlung und wärme ausgeschlossen).

Tronos schrieb: der eine ist Gross (grössere Leistung) und der andere klein dann können sie die selbe Energie umsetzen mit dem Unterschied das der grosse dies schneller schafft als der kleine.

Die Leistung eines Motors berechnet sich nach der Formel: P = 2 * Pi * M * n

P = Leistung
M = Drehmoment
n = Drehzahl

Daran erkennt man, dass die Leistung primär nicht von der "Größe" des Motors abhängt. In der Regel haben größere Motoren zwar ein größeres Drehmoment, aber ein kleiner Motor könnte das in einem gewissen Rahmen über die Drehzahl wett machen.

@Peter0167

Danke für den Link, dieser Satz:

Also, was ist nun ein Elektron? Es ist ein Teilchen und eine Welle; es ist denkbar einfach und unvorstellbar komplex; es ist genau verstanden und absolut geheimnisvoll; es ist unteilbar und neigt zur kreativen Fragmentierung. Keine einzige Antwort wird der Realität gerecht.

Wirft bei mir eigentlich mehr Fragen auf als er Beantwortet :D

Peter0167 schrieb:Wo man auch nachliest, überall steht nur das Gleiche, übt man auf Fermionen mit identischen Quanteneigenschaften Druck aus, bzw. zwingt sie sich anzunähern, gewinnen sie Energie, und bauen einen Gegendruck auf, den sogenannten Fermi- oder auch Entartungsdruck. Einige Quellen sprechen nur allgemein von Energie die die Teilchen gewinnen, andere spezifizieren sie auch schon mal als kinetische Energie. Aber woher diese Energie stammt, findet man nirgends. Ist das nun die berühmte Vakuumenergie, oder wird da tatsächlich die Gravitation "angezapft, oder beruht das Ganze auf der elektromagnetischen Abstoßung, ... ich weiß es einfach nicht, werde aber am Ball bleiben, weil mich das auch interessiert.

Was ich mir noch vorstellen könnte währe ein permanenter Energieaustausch, einfach dargestellt: Man bringt eine Energie in das System (Druck auf Fermionen bis sich ein Gegendruck aufbaut) die Energie welche man durch den Druck in das System gebracht wird erzeugt auch den Gegendruck und kommt dadurch wieder zum Ursprung zurück somit wirkt die Oberfläche von Gegenständen Hart und Starr im Grunde sind es aber zurückgeworfene Energien, wenn ich nun die Verluste vernachlässige müsste eigentlich genau das zurückkommen was ich auch hineingesteckt habe somit könnte sich ein selbsterhaltendes System aufbauen ähnlich wie ein ewiges Rad oder zwei um sich kreisende Planeten. Wenn ich das richtig verstanden habe.

Peter0167 schrieb:Keine einzige Antwort zu Fragen der Quantenmechanik, wird der Realität gerecht

Für mich ein Buch mit sieben Siegeln :D

Peter0167 schrieb:Die Leistung eines Motors berechnet sich nach der Formel: P = 2 * Pi * M * n

P = Leistung
M = Drehmoment
n = Drehzahl

Daran erkennt man, dass die Leistung primär nicht von der "Größe" des Motors abhängt. In der Regel haben größere Motoren zwar ein größeres Drehmoment, aber ein kleiner Motor könnte das in einem gewissen Rahmen über die Drehzahl wett machen.

Das stimmt natürlich, habe ich nicht bedacht korrekterweise müsste man also sagen "zwei Motoren einer mit grosser und einer mit kleiner Leistung".

Tronos schrieb:Das ist auch so ein Punkt, eigentlich wirken ja ständig Energien auf ein Elektron oder ein Atom, sie schaffen es aber trotzdem stabil zu bleiben (unter einem gewissen schwellwert zumindest) oder Energien einfach umzuleiten, das Leuchtet mir noch nicht so wirklich ein.

Ich versuche es für doch verständlich zu machen...dein Thread heißt "Energieerhaltung auf atomarer Ebene".
Energieerhaltung heißt eigentlich dass sie immer gleich bleibt(mengenmäßig) - wenn Du ein Atom und seine Unterkomponenten als Energie siehst - solang von außen nichts dazu kommt oder entnommen wird, ändert sich diese Menge nicht.
Das Atom bleibt stabil. Ich glaube dich verwirrt mehr dass die Energie gleich bleibt obwohl da drinnen Bewegung statt finden soll, denk eher an einer Wolke, nicht an herum fliegenden Kugeln.

@Abahatschi

Abahatschi schrieb:Das Atom bleibt stabil. Ich glaube dich verwirrt mehr dass die Energie gleich bleibt obwohl da drinnen Bewegung statt finden soll

Ja da hast du absolut recht. Ich bin mittlerweile (auch dank dieser Diskussion) bei der Vorstellung angelangt das dadrin Energien gespeichert bzw. umgeleitet werden können, ein Elektron könnte durch zusätzliche Energie angehoben werden (ähnlich der Lageenergie einer Kugel im Gravitationsfeld) durch die Anziehungskraft des Atomkerns wird es aber wieder hinuntergezogen und die Energie wird in Form einer Schwingung (kinetische Energie) entweder gespeichert oder einfach weitergeleitet ans nächste Atom / Elektron.

Bedeutet ein molekulares System ist Schwingfähig oder bis zu einem Gewissen grad speichert es auch Energie und leitet diese auch Weiter deshalb fällt sie auch nicht gleich auseinander wenn Kräfte auf sie wirken oder erhält sich eben selbst dadurch. Diese Anschauung macht es für mich schon etwas verständlicher. Bin mir aber nicht sicher ob ich nun sagen Kann "Der Kugelschreiber leitet die Energie welche durch Gravitation auf ihn wirkt wieder zurück" und bleibt deshalb stabil..... scheint mir zu einfach.