1. Welt
  2. Geschichte
  3. #26
Alexander Fufaev

Energieerhaltung

aus dem Bereich: Geschichte
Optionen

Das Prinzip der Energieerhaltung hat eine lange Geschichte, die erst mit der Formulierung des Energiebegriffes begann. Das Wort "Energie" taucht zum ersten Mal bei Aristoteles auf und steht dort für das Prinzip des Bewegens. Das Prinzip, welches das Mögliche zum Wirklichen machte.

Schon Leonardo da Vinci stellte fest, dass es eine Unmöglichkeit wäre ein Gerät zu bauen, welches nach der einmaligen Inbetriebnahme, unaufhörlich weiter arbeitet. Ein Perpetuum mobile war und ist nicht umsetzbar, da ein Teil der Energie immer aus dem System, zum Beispiel durch Wärme-Entstehung schwindet, sodass das Gerät keine Arbeit mehr verrichten kann.

Gottfried Wilhelm Leibniz versuchte als einer der ersten, eine mathematische Beschreibung der Energie zu formulieren, die mit der Bewegung zusammenhing. Er bezeichnete die Bewegungsenergie als "lebende Kraft", Vis Viva. Seine Formel für die lebende Kraft lautete \( mv^{2} \). (1684)

Zu Leibniz-Zeiten wurde ein entscheidendes Experiment von einem französischen Physiker Willem Jacob’s Gravesande gemacht, welches später für die Beschreibung der Energie aufgegriffen wurde. Er nahm zwei Messingkugeln, die er mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten auf eine weiche Oberfläche fallen ließ. Dabei hatte eine doppelt so schnelle Kugel, eine viermal so tiefe Grube hinterlassen. Bei dreifacher Geschwindigkeit, war die entstandene Grube sogar neun mal so tief!

Als Leibniz und Newton schon längst tot waren, manifestierte sich eher die Newtons Philosophie der Bewegungsgröße, nämlich: eine Kraft \( F \) eingewirkt auf ein Objekt für eine bestimmte Zeit \( \Delta t \) ist die Änderung der Bewegungsgröße: \( F \Delta t = mv_{1} - mv_{0} \). Ein französisches Fräulein namens Émilie du Châtelet (gute Freundin von Voltaire) war eine Anhängerin der Vis-viva Formel. Sie war keine Pussy, die Angst hatte gegen die Mehrheit der Männerwelt vorzugehen. Nein! Mit Hilfe der Vis-Viva Formel von Leibniz und den experimentellen Ergebnissen von Gravesande zeigte sie die Richtigkeit der Leibniz Philosophie der Bewegung, nämlich eine Kraft \( F \) eingewirkt für eine Strecke \( \Delta d \) ist die Änderung der Vis-Viva: \( F \Delta d = mv_{a}^{2} - mv_{b}^{2} \). Heute wird die Newtons Formel \( mv \) als Impuls bezeichnet, während die Formel von Leibniz nicht ganz richtige Bewegungsenergie darstellt. Später wurde die Vis-Viva Formel \( mv^{2} \) durch den Franzosen Gaspard-Gustave Coriolis zu \( \frac{1}{2}mv^{2} \) korrigiert, was heute als (nicht-relativistische) kinetische Energie bekannt ist. Die heutige Bezeichnung "kinetische Energie" geht übrigens auf Lord Kelvin zurück. Kelvin - nicht Kevin!

1798 - führte Benjamin Thompson Messungen der Reibungswärme durch und kam auf die Idee, dass Wärme auch eine Form der Bewegungsenergie war. Seine Messungen haben zwar die sogenannte kalorische Theorie von dem Franzosen Lavosier widerlegt, waren jedoch nicht genau genug. Kalorische Theorie besagt übrigens, dass Wärme eine unsichtbare, masselose Substanz ist, die sich zwischen den Molekülen befindet und in der Lage ist durch die Körper hindurch zu kommen. Später wurde diese Theorie durch unzählige Versuche endgültig widerlegt.

Der Engländer Thomas Young, von dem übrigens das Doppelspaltexperiment stammt, benutzte als erster den Begriff Energie (1807) und zwar als eine Summe kinetischer und potentieller Energie. In einer Publikation schrieb er:

"The product of the mass of a body into the square of its velocity may properly be termed its energy."

- A Course of Lectures on Natural Philosophy and the Mechanical Arts, p. 52.

Als Julius Robert Mayer, ein deutscher Arzt, sich über verschiedene Blutfärbungen wunderte; je nachdem wo er sich gerade mit seinem Handelsschiff befand, kam er ebenfalls wie Benjamin Thompson auf den Gedanken, dass Wärme und Bewegung keine gänzlich verschiedenen Erscheinungen waren, sondern beide eine Form von Energie darstellten. Der junge Arzt äußerte einen sehr entscheidenden Satz bezüglich der Energieerhaltung. Er sagte, dass die Energie weder erzeugt noch vernichtet werden kann. Das war eine wichtige Erkenntnis, die zum heutigen Verständnis von Energie geführt hatte. (1841)

Auf die gleiche Erkenntnis kam ein paar Jahre später (1843) ein britischer Physiker James Prescott Joule. Er entdeckte unter anderem die Gleichheit von mechanischer Arbeit und Wärme. Dazu führte er beispielsweise den nach ihm benannten Joule-Versuch durch, wo er einer thermisch isolierten Wassermenge mechanische Arbeit von außen zuführte und danach die erhöhte Temperatur des Wassers maß. Es sah wohl so aus, dass die Wärme einfach eine andere Form der mechanischen Arbeit war. Es war etwas Gleiches, nur eben in einer anderen Form. Wärme, Arbeit...das alles schien auf etwas Gleiches hinauszulaufen.

Bedauerlicherweise führte die Energieerhaltung zu einem rechtlichen Streit zwischen Robert Mayer und dem Herrn Joule. Obwohl Robert Mayer als erster die Energieerhaltung formulierte, wurde der Streit trotzdem von Joule gewonnen. Das lag sicherlich daran, dass die Publikation von Robert Mayer nicht ganz wissenschaftlich und mit vielen unbelegten Behauptungen behaftet war. So wie diese Geschichte jetzt eben. Nun ja, schließlich war Robert Mayer in erster Linie ein Arzt und kein angesehener Physiker wie James Joule, der außerdem von anderen Physikern, z.B. von seinem Kollegen Lord Kelvin gepusht wurde. Deshalb wird heute die Einheit der Energie nicht in "Mayer", sondern in "Joule" angegeben. Der Verlust des rechtlichen Streits konnte Mayer nicht verkraften, also sprang er in einem Nervenzusammenbruch aus dem 2. Stock seines Hauses... Blieb jedoch am Leben.

Der Weg vom mechanischen Wärmeäquivalent zu einer Formulierung des 1. Hauptsatzes als Energieerhaltungssatz war dem deutschen Physiker Hermann von Helmholtz vorbehalten. 1847 veröffentlichte er die Arbeit "Über die Erhaltung der Kraft", in der er den allgemeinen Energieerhaltungssatz ausführlich und vor allem wissenschaftlich formulierte.

Doch, was die Energieerhaltung und andere Erhaltungssätze, zu einer Grundlage der Physik machte, war das sogenannte Noether-Theorem, von einer deutschen Mathematikerin Emmy Noether. Es besagt, dass man Erhaltungssätze als eine prinzipielle Symmetrie der Welt auffassen kann. Zu jeder kontinuierlichen Symmetrie eines physikalischen Systems gehört eine Erhaltungsgröße. Das heißt: es gibt bestimmte Merkmale eines Systems, die unverändert bleiben, wenn wir es drehen oder spiegeln oder oder oder. (1915)

Die erste angebliche Verletzung des Energie- und Impulserhaltungssatzes wurde beim Betazerfall festgestellt. Denn beim Betazerfall fehlte ein Teil der Energie. Ein Neutron zerfiel in ein Proton und ein Elektron, deren Energie kleiner war als die des Neutrons. Später wurde aber dieses Rätsel durch den österreichischen Physiker Wolfgang Pauli gelöst, indem er ein schwach wechselwirkendes Teilchen, das sogenannte Neutrino voraussagte. Und dieses Teilchen wurde tatsächlich 23 Jahre später, (1956) in einem der ersten großen Kernreaktoren experimentell nachgewiesen.

Weltkarte
Verwalten
Profil
Die Stimme fragt...
Wie erlange ich den Zugang?

Um das Portal von Ak'tazun betreten zu können, musst Du die rote Pille schlucken. Nachdem Du durch das Portal gegangen bist, gelangst Du in die Matrix, wo Du beispielsweise folgendes tun kannst:

  • Inhalte hinzufügen & verwalten
  • Einige Inhalte kommentieren
  • Mittels Kommunikator RT2000 chatten
  • WhatsApp-Gruppe beitreten
Bist Du dabei?
Ja, bin dabei!
Portale in die anderen Welten

Reise zu den sicheren anderen Welten des Internets, um nach dem Wissen zu suchen. Findest Du eine Welt besonders interessant, dann kannst Du in der Universaldenkerwelt ein Portal zu dieser Welt erbauen, um den anderen Besuchern den schnellen Zugang dazu zu gewährleisten.

Portalraum betreten
Kommunikator
ONLINE 2
Gäste online: 2
Denker online: 0
Der Kommunikator RT2000 funktioniert nur innerhalb der Matrix!
Ich will in die Matrix!Mayday! Kontakt aufnehmen.