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Wissenschaftstheorie und Interpretationen der Physik Runder Tisch für Physiker, Erkenntnis- und Wissenschaftstheoretiker

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  #1  
Alt 23.09.17, 11:10
badhofer badhofer ist offline
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Registriert seit: 18.04.2011
Beiträge: 10
Standard Hat Energie Gewicht?

Wenn man eine Feder spannt, wird sie schwerer, wenn auch unmessbar gering, aber doch.
Wie ist es bei einer Batterie? Ist eine aufgeladene Batterie schwerer als eine entladene? Wenn ja, warum?
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  #2  
Alt 23.09.17, 14:19
Benutzerbild von TomS
TomS TomS ist offline
Singularität
 
Registriert seit: 04.10.2014
Ort: Nürnberg
Beiträge: 1.469
Standard AW: Hat Energie Gewicht?

Zitat:
Zitat von badhofer Beitrag anzeigen
Wenn man eine Feder spannt, wird sie schwerer, wenn auch unmessbar gering, aber doch.
Wie ist es bei einer Batterie? Ist eine aufgeladene Batterie schwerer als eine entladene? Wenn ja, warum?
Ja, wenn man einem zunächst abgeschlossenen System Energie zuführt, dann erhöht sich zusammen mit der Energie dessen Masse; beschrieben wird im Rahmen von Einsteins Relativitätstheorie und der Gleichung E =mc².

Ein weiteres Beispiel wäre ein innen perfekt verspiegelter Kasten, in den einzelne Photonen eingesperrt werden.
__________________
Ἓν οἶδα, ὅτι οὐδὲν οἶδα.
Sokrates
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  #3  
Alt 23.09.17, 14:22
Timm Timm ist offline
Singularität
 
Registriert seit: 26.03.2009
Ort: Weinstraße, Rheinld.Pfalz
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Standard AW: Hat Energie Gewicht?

Ich denke schon. Aus demselben Grund wie bei der gespannten Feder erhöht die zugeführte Energie gemäß E=mc² das Gewicht. Ein anderes Beispiel ist die Gewichtszunahme eines Körpers durch Erwärmen.
__________________
Der Verstand schafft die Wahrheit nicht, sondern er findet sie vor - Aurelius Augustinus
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  #4  
Alt 23.09.17, 16:41
badhofer badhofer ist offline
Newbie
 
Registriert seit: 18.04.2011
Beiträge: 10
Standard AW: Hat Energie Gewicht?

Je mehr eine Batterie aufgeladen wird, desto mehr bewegen sich Elektronen, weil sie in höheren Schalen mehr Strecke zurück legen müssen. Es erhöht sich die Strecke der Elektronen und dadurch in Summe gesehen die inneren Bewegungen in der Batterie. Kann man das so sehen oder ist das falsch?
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  #5  
Alt 23.09.17, 18:37
Bernhard Bernhard ist offline
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Beiträge: 258
Standard AW: Hat Energie Gewicht?

Zitat:
Zitat von badhofer Beitrag anzeigen
Kann man das so sehen oder ist das falsch?
Es fehlen zwei wichtige Details.

Zuerst die gute Nachricht: Man kann einen Akku stark vereinfacht durch ein Atommodell veranschaulichen. Wird ein Elektron in eine höhere Schale gehoben nimmt es Energie auf. Fällt das Elektron zurück in das Ausgangsorbital gibt es diese Energie wieder ab.

Nun zu den fehlenden Details: Neben der kinetischen Energie gibt es auch die potentielle Energie und die ist in diesem Fall (für das Elektron) doppelt so groß, wie die kinetische Energie. Im angeregten Zustand hat das Elektron also eine geringere kinetische Energie, aber zugleich auch eine doppelt so groß höhere potentielle Energie.

Die potentielle Energie ist nun eine Bindungsenergie und liegt damit als winziger Massenunterschied vor, womit wir wieder bei der Ausgangsfrage angelangt sind.
__________________
Freundliche Grüße, B.
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  #6  
Alt 23.09.17, 20:05
Benutzerbild von Marco Polo
Marco Polo Marco Polo ist offline
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Registriert seit: 01.05.2007
Beiträge: 4.828
Standard AW: Hat Energie Gewicht?

Zitat:
Zitat von Bernhard Beitrag anzeigen
Zuerst die gute Nachricht: Man kann einen Akku stark vereinfacht durch ein Atommodell veranschaulichen.
Und wenn man es nicht vereinfacht bzw. nur wenig vereinfacht?

Zitat:
Die potentielle Energie ist nun eine Bindungsenergie und liegt damit als winziger Massenunterschied vor, womit wir wieder bei der Ausgangsfrage angelangt sind.
Muss man da nicht das Vorzeichen der Bindungsenergie beachten und warum ist die potentielle Energie genau doppelt so groß wie die kinetische Energie?
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  #7  
Alt 23.09.17, 20:14
Benutzerbild von Marco Polo
Marco Polo Marco Polo ist offline
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Registriert seit: 01.05.2007
Beiträge: 4.828
Standard AW: Hat Energie Gewicht?

Zitat:
Zitat von badhofer Beitrag anzeigen
Wie ist es bei einer Batterie? Ist eine aufgeladene Batterie schwerer als eine entladene?
Angeblich ist eine aufgeladene duchschnittliche Autobatterie (1 kWh) ca. 40 ng schwerer wie eine nicht aufgeladene.
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  #8  
Alt 23.09.17, 20:17
Benutzerbild von Marco Polo
Marco Polo Marco Polo ist offline
Moderator
 
Registriert seit: 01.05.2007
Beiträge: 4.828
Standard AW: Hat Energie Gewicht?

Zitat:
Zitat von Timm Beitrag anzeigen
Ein anderes Beispiel ist die Gewichtszunahme eines Körpers durch Erwärmen.
Ist so etwas schon mal experimentell nachgewiesen worden?
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  #9  
Alt 23.09.17, 20:36
Timm Timm ist offline
Singularität
 
Registriert seit: 26.03.2009
Ort: Weinstraße, Rheinld.Pfalz
Beiträge: 2.130
Standard AW: Hat Energie Gewicht?

Zitat:
Zitat von Marco Polo Beitrag anzeigen
Ist so etwas schon mal experimentell nachgewiesen worden?
Da bin ich überfragt. Der Effekt beruht auf der Schwingungsanregung und dürfte winzig sein.
__________________
Der Verstand schafft die Wahrheit nicht, sondern er findet sie vor - Aurelius Augustinus
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  #10  
Alt 23.09.17, 22:13
Bernhard Bernhard ist offline
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Registriert seit: 14.06.2017
Beiträge: 258
Standard AW: Hat Energie Gewicht?

Zitat:
Zitat von Marco Polo Beitrag anzeigen
Und wenn man es nicht vereinfacht bzw. nur wenig vereinfacht?
Ich habe mir dazu das Prinzip des Lithium-Ionen-Akkus angesehen. Dort wird beim Laden ein Valenzband von Graphit mit Elektronen, d.h. negativ geladen und beim Entladen das Leitungsband eines Metalls. Die Elektronen wechseln also nicht innerhalb eines Atoms, sondern wechseln energetisch unterschiedliche Orbitale von Atomen.

Zitat:
Muss man da nicht das Vorzeichen der Bindungsenergie beachten und warum ist die potentielle Energie genau doppelt so groß wie die kinetische Energie?
Ich habe es klassisch gerechnet: m * v² / r = k * e² / r² (Zentrifugalkraft = Coulomb-Kraft). Daraus folgt mit korrekten Vorzeichen:
E_kin = 0.5 * m * v² = 0.5 * k * e² / r = -0.5 * E_pot
Die kinetische Energie hat das positive Vorzeichen und die potentielle das negative Vorzeichen. Das höhere Orbital hat damit dann folgerichtig die höhere Energie.

Zitat:
Zitat von Marco Polo Beitrag anzeigen
Angeblich ist eine aufgeladene duchschnittliche Autobatterie (1 kWh) ca. 40 ng schwerer wie eine nicht aufgeladene.
Lass das "angeblich" weg. Man kann es wegen m = E / c² unmittelbar mit einem Taschenrechner überprüfen.
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Freundliche Grüße, B.
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