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potentielle Energie in der Badewanne
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Foren-Übersicht -> Physik-Forum -> potentielle Energie in der Badewanne
 
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jh8979
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Anmeldungsdatum: 04.07.2012
Beiträge: 2207

BeitragVerfasst am: 05 Aug 2012 - 11:14:44    Titel:

karin kapito hat folgendes geschrieben:
Es gibt keine dusseligen Fragen, es gibt bestenfalls dusselige Antworten.

In der Tat ...
Hausmann
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Anmeldungsdatum: 22.08.2009
Beiträge: 2959

BeitragVerfasst am: 05 Aug 2012 - 11:28:43    Titel:

Es gibt durchaus idiotische Fragen, sogar recht häufig. Sie bedienen sich gern folgender logischer Struktur: "Warum hast Du Deine Mutter umgebracht?" Smile
cubep
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Anmeldungsdatum: 25.07.2012
Beiträge: 20

BeitragVerfasst am: 07 Aug 2012 - 12:11:47    Titel:

Hallo

Karin Kapito schreibt:
"Die Aussage, das das Wasser sich beim abfließen erwärmt und somit die potentielle Energie eins zu eins in Wärme umgewandelt wird, ist nicht nachvollziehbar und entspricht auch nicht der Realität."

Ich darf hier kritisch widersprechen.
Doch!
Es gilt das Energie-Erhaltungsgesetz.
Die potenzielle Energie des Wassers in der Badewanne verschwindet nicht einfach irgendwo.
Sie kann dazu dienen:
> das Wasser zu beschleunigen, damit hätte das Wasser dann kinetische Energie,
> das Wasser zu erwärmen,
> z.B. per Turbine mechanische Arbeit zu verrichten.

Wenn wir praktischerweise davon ausgehen,
> dass keine Turbine im Abflusssystem eingebaut ist,
> und das Wasser im Abflussrohr irgendwo so langsam geworden ist, dass keine wesentliche kinetische Energie mehr herrscht,
dann wird die gesamte Energie sich in die einzig verbliebene Energie verwandelt haben: die Wärmeenergie!

D.h. die potenzielle Energie findet sich zu 100% als Wärmeenergie wieder.

Um Karin Kapito entgegenzukommen - ich vermute mal, sie hat im Sinn, dass das Wasser im Straßen-Abflussrohr nicht wärmer, wie das in der Badewanne ist. Tatsächlich wird das Wasser sehr schnell abgekühlt, am Abflussrohr im Haus, an allen Rohrwänden in der Straße, usw.
Aber das ist nicht die Frage. Energetisch ist das doch Wärmeenergie, unabhängig davon, ob nun das Wasser erwärmt wurde, oder eben das Hausrohr, das Straßenrohr, das Erdreich, oder was auch immer...
Psycho7765
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Anmeldungsdatum: 27.01.2009
Beiträge: 668

BeitragVerfasst am: 07 Aug 2012 - 18:15:43    Titel:

Die Antwort von karin kapito ist natürlich Unfug. Die maximale Erwärmung pro Höhenmeter lässt sich einfach ausrechnen:

delta T(h) = g*h/(c_wasser) = 2.35*10^-3 K/m * h

D.h. pro Meter ein wenig mehr als 2 Tausendstel Kelvin Erwärmung. Dass der Effekt im Alltag nicht beobachtet werden kann ist wohl klar, was nicht heißt, dass er "nicht der Realität entsprich".
jh8979
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Anmeldungsdatum: 04.07.2012
Beiträge: 2207

BeitragVerfasst am: 07 Aug 2012 - 18:49:36    Titel:

Sorry, aber das mit der Wassererwaermung ist ganz grosser Unfug (ausnahmsweise stimme ich hier mit kapito ueberein) oder im besten Fall einfach nur sehr sehr irrefuehrend:
Das Einzige was zur Erwaermung des Wassers beitragen kann ist Reibung, entweder innere Reibung im Wasser, oder Reibung mit den Waenden des Rohres. Die Erwaermung durch beide Arten ist vernachlaessigbar gering, noch sehr viel geringer als das was Psycho7765 angegeben hat (unter seiner Annahme dass die gesamte Energie zur Erwaermung fuehrt).

So gut wie die gesamte potentielle Energie "verwandelt" sich in die kenetische Energie des Wassers, das runterfliesst! Egal, ob man diese nun mit einer Turbine nutzbar macht oder nicht.
Psycho7765
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Anmeldungsdatum: 27.01.2009
Beiträge: 668

BeitragVerfasst am: 07 Aug 2012 - 19:47:46    Titel:

Ja und was glaubst du passiert mit der kinetischen Energie wenn das Wasser unten angekommen ist?
jh8979
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Anmeldungsdatum: 04.07.2012
Beiträge: 2207

BeitragVerfasst am: 07 Aug 2012 - 19:54:15    Titel:

Psycho7765 hat folgendes geschrieben:
Ja und was glaubst du passiert mit der kinetischen Energie wenn das Wasser unten angekommen ist?

Ah... Ich dachte wir reden hier nur vom Prozess des Runterfliessens, *bevor* es unten ankommt. Mea culpa. Allerdings ist es selbst dann eine *sehr* verrinfachte Darstellung, die praktisch eigentlich nie auftritt...
cubep
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Anmeldungsdatum: 25.07.2012
Beiträge: 20

BeitragVerfasst am: 08 Aug 2012 - 12:01:56    Titel:

jh8979 schrieb:
"Allerdings ist es selbst dann eine *sehr* verrinfachte Darstellung, die praktisch eigentlich nie auftritt..."

Meine Rückfrage: Was meinst du ist ein eine sehr vereinfachte Darstellung, die nie auftritt?

Ich meine, es ist eine sehr praktische Vorstellung, zu glauben, dass das Wasser nach kurzem Fallen im Fallrohr unten ankommen wird. Und es tritt dann stets auf, dass das Wasser, wenn es unten angekommen ist, seine kinetische Energie in Wärmeenergie wandelt.

jh8979 schrieb:
"Das Einzige was zur Erwaermung des Wassers beitragen kann ist Reibung, ... Die Erwaermung durch beide Arten ist vernachlaessigbar gering..."

Ich kann nicht anders, als wiederum deine Worte zu nutzen, und diese Aussage als 'Unfug' zu bezeichnen.

Wenn ich vernünftig über die Aufgabenstellung nachdenke, dann stelle ich mir zwei Situationen vor:

a) das Wasser plätschert friedlich im städtischen Abflusssystem vor sich hin.
Die Geschwindigkeiten hierbei möchte ich schätzen:
> vielleicht v= 0.3 m/s
> vielleicht v= 1.0 m/s
> vielleicht v= 3.0 m/s

Das Wasser wurde auf diese Geschwindigkeit beschleunigt, weil es irgendwo an Höhe verloren hat, also seine potenzielle Energie in kinetische Energie gewandelt hat.
Diesen Zusammenhang kann man rechnen:
E_pot = E_kin
m*a_g*h = m/2*v*v
oder:
h= v*v/2/a_g
Die zugehörigen Beschleunigungshöhen zu oben geschätzten Geschwindigkeiten lauten also:
> bei v= 0.3 m/s -> h= ca. 5.5 mm
> bei v= 1.0 m/s -> h= ca. 5 cm
> bei v= 3.0 m/s -> h= ca. 45 cm

Ich nehme jetzt mal für den weiteren Gedankengang an, dass v=1.0m/s zuträfe.
Folglich dienten 5cm der Fallhöhe (potenziellen Energie) zum Beschleunigen.

Angenommen, die Badewanne liege im Erdgeschoss, 4 m über dem Abflussrohrsystem in der Straße.
Wo bleiben die restlichen 3.95 m ?
Ich meine die einzig vernünftige Antwort lautet: Durch Reibung in Wärmeenergie.

Angenommen, die Badewanne liege im 10. Stock eines Hochhauses, auf 30m Höhe über Abflussrohrsystem.
Wo bleiben die restlichen 39.95 m ?
Ich meine die einzig vernünftige Antwort lautet: Durch Reibung in Wärmeenergie.

Mit anderen Worten:
Bei vernünftiger Überlegung kann man nur zum Schluss kommen, dass Reibung nicht vernachlässigbar ist, sondern hier das Geschehen dominiert. Und Wärmeenergie ist im Sinne der Aufgabenstellung nicht vernachlässigbar, sondern dominiert.

b) Irgendwann ist das Abflussrohr zu Ende.
Ich stelle mir eine Kläranlage vor. Oder am Ende eines Flusses das große weite Meer. Welche Geschwindigkeit wird das Wasser hier haben? Ich bin überzeugt, dass das Wasser irgendwann wieder zur Ruhe kommt. D.h. Geschwindigkeitsenergie = NULL.
D.h. wo ist die potenzielle Energie des Badewassers im Sinne der Aufgabenstellung geblieben?
Ich meine, die einzig (physikalisch) vernünftige Antwort kann nur lauten, dass in dieser Situation die GESAMTE potenzielle Energie sich (durch Reibung) in Wärmeenergie gewandelt hat.
cyrix42
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Anmeldungsdatum: 14.08.2006
Beiträge: 24257

BeitragVerfasst am: 08 Aug 2012 - 13:39:43    Titel:

Nur ne kurze Bemerkung: Die Verdunstung braucht auch Energie... Wink

Cyrix
jh8979
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Anmeldungsdatum: 04.07.2012
Beiträge: 2207

BeitragVerfasst am: 08 Aug 2012 - 18:22:24    Titel:

cubep hat folgendes geschrieben:

Meine Rückfrage: Was meinst du ist ein eine sehr vereinfachte Darstellung, die nie auftritt?

Das Du kein Experiment wirst durchfuehren koennen, in dem Du diese Erwaermung misst .. einfach weil sie viel zu klein ist.

Und dass ich urspruenglich dachte, es ginge nur um das Runterfliessen und nicht das Ankommen, hatte ich auch schon geschrieben. Aber gern nochmal: mea culpa.
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