Energiesatz

Ener|gie|satz 〈m. 1u; Phys.〉 fundamentaler Satz, der besagt, dass Energie weder erzeugt noch vernichtet, sondern nur von einer Form in eine andere umgewandelt werden kann; →a. Energieerhaltungssatz

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Ener|gie|satz, der <o. Pl.> (Physik):

Satz von der Erhaltung der Energie in einem geschlossenen System.

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Energiesatz,

 

Energieerhaltungssatz, Energieprinzip, der ein allgemein gültiges, grundlegendes Naturgesetz darstellende Erhaltungssatz der Energie, nach dem bei einem physikalischen Vorgang Energie weder erzeugt noch vernichtet, sondern lediglich von einer Energieform in eine andere oder in mehrere andere Energieformen umgewandelt werden kann. In einem abgeschlossenen physikalischen System (zumindest im ganzen Weltall) ist die Gesamtenergie E_ges zeitlich konstant: dE_ges / dt = 0 (integrale Formulierung des Energiesatzes; zur differenziellen Formulierung Energie-Impuls-Tensor). Als Folgerung des Energiesatzes ergibt sich die Unmöglichkeit, ein Perpetuum mobile 1. Art, d. h. eine Maschine, die mehr Energie abgibt, als sie aufnimmt, zu konstruieren. Die Folgerung, dass sich die Gesamtenergie eines Systems nur durch Energieaustausch mit der Umwelt ändern kann, ist die Aussage des 1. Hauptsatzes der Thermodynamik. - Der Energiesatz erweist sich in der klassischen Physik als äquivalent zur Behauptung, dass die Naturkräfte zeitunabhängig und die sie beschreibenden Naturgesetze invariant gegenüber Zeittransformationen sind (Invarianz). In der Relativitätstheorie wird der Zeitbegriff präzisiert mit der Folge, dass ein relativistischer Energiesatz gilt, der die Masse in die Energiebilanz einbezieht: Gemäß der einsteinschen Gleichung E = mc² (c = Lichtgeschwindigkeit) sind Masse m und Energie E einander äquivalent (und bei mikrophysikalischen Prozessen ineinander umwandelbar). Auch in der Quantenmechanik erweisen sich die Naturgesetze als zeitunabhängig. Der Energiesatz gilt also auch für mikrophysikalische Systeme (z. B. Elementarteilchen und ihre Wechselwirkungen).

 

Der Energiesatz gilt allgemein, wurde aber ursprünglich von C. Huygens (1673), G. W. Leibniz (1684), Johann und Daniel Bernoulli, J. L. Lagrange u. a. nur für mechanische Systeme unter Vernachlässigung von Reibungsverlusten formuliert. 1842 wurde er von J. R. von Mayer auch auf die Wärmeenergie und Reibungsvorgänge, 1847 von H. von Helmholtz auf alle Energieformen ausgedehnt.

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Ener|gie|satz, der <o. Pl.> (Physik): Satz von der Erhaltung der Energie in einem geschlossenen System.