Erhaltung der Energie

Titel

Kraft,

Kraft [unkorrigiert]

[* 3] in der Naturlehre die Ursache, welche man zur Erklärung einer Erscheinung annimmt. Eine Kraft kann demnach niemals sinnlich wahrgenommen, sondern nur aus ihren Wirkungen erschlossen werden. Eine Kraft ist völlig bestimmt, wenn ihr Angriffspunkt, ihre Richtung und ihre Größe oder Stärke [* 4] gegeben sind. So nehmen wir z. B. als Ursache des Fallens der Körper die Schwerkraft an; ihr Angriffspunkt ist der Schwerpunkt [* 5] (s. d.) des fallenden Körpers, ihre Richtung geht lotrecht nach abwärts (d. h. in gerader Linie dem Mittelpunkt der Erde zu), ihre Größe bemißt sich nach dem Druck, den der Körper im Zustand der Ruhe auf eine horizontale Unterlage, oder nach dem Zug, den der aufgehängte Körper auf den Aufhängungspunkt ausüben würde, d. h. nach dem Gewicht des Körpers. Da jede Kraft sich durch Druck oder Zug äußert, so kann nicht nur die Schwerkraft, sondern jede beliebige Kraft ihrer Größe nach durch ein Gewicht ausgedrückt werden. Die Gewichtseinheit (z. B. das Kilogramm) kann daher zugleich als Krafteinheit dienen.

Alle Naturkräfte lassen sich zurückführen auf solche, welche in der geraden Verbindungslinie je zweier aufeinander wirkender Stoffteilchen anziehend oder abstoßend thätig sind. Dabei ist die Wirkung eines Körpers auf einen andern immer eine gegenseitige, und zwar wird jeder der beiden Körper mit der gleichen Kraft angezogen oder abgestoßen. Dieses Gesetz der Gleichheit von Wirkung und Gegenwirkung ist eins der einfachsten und allgemeinsten Naturgesetze, von welchem man keine Ausnahme kennt.

Man kann die Kräfte einteilen in solche, welche auch in größerer Entfernung wirken, und in solche, welche nur in unmeßbar kleiner Entfernung zwischen den Molekülen (s. d.) der Körper in wahrnehmbarer Weise thätig sind (Molekularkräfte). Zu den fern wirkenden Kräften gehört die allgemeine Massenanziehung oder Gravitation (von welcher die Schwerkraft als Anziehung zwischen der Erde und den an ihrer Oberfläche befindlichen Körpern nur ein besonderer Fall ist) sowie die elektrostatische und elektrodynamische Anziehung und Abstoßung, auf welch letztere die magnetischen Kräfte zurückgeführt werden können. Zu den Molekularkräften gehören:

1) die chemische Verwandtschaft oder Affinität, welche die chemische Verbindung der Atome zu gesetzmäßig gebauten Atomgruppen oder Molekülen vermittelt;

Verbänderung - Verbann

2) die Kohäsion, welche die Moleküle in ihrem Verband [* 6] zu einem Körper zusammenhält (die Elastizität und die Kapillarität sind spezielle Äußerungen der Kohäsion bei festen und flüssigen Körpern);

3) die Molekularkräfte des Äthers in ihrer Wechselbeziehung zu denjenigen der Körperatome, welche zur Erklärung der Licht- und Wärmeerscheinungen dienen. - Die Größe der fern wirkenden Kräfte steht im umgekehrten Verhältnis des Quadrats der Entfernung der zwei aufeinander wirkenden Körper. Auch die Stärke der Molekularkräfte ist von der gegenseitigen Entfernung der wirkenden Körperteilchen abhängig; jedoch ist das Gesetz dieser Abhängigkeit nicht bekannt, man weiß bloß, daß die Molekularkräfte nur in sehr kleinen Entfernungen überhaupt merklich sind, bei zunehmender Entfernung außerordentlich rasch abnehmen und in meßbarer Entfernung verschwinden. - Wenn eine Kraft einen Körper in Bewegung setzt, so leistet sie, indem sie seine Trägheit überwindet, eine Arbeit, deren Betrag durch das Produkt aus der Größe der Kraft und der Länge des Wegs, den ihr Angriffspunkt in der Richtung der Kraft zurückgelegt hat, gemessen wird.

Ist die in Kilogrammen und die Weglänge in Metern ausgedrückt, so ergibt sich die Arbeit als Produkt dieser beiden Größen in Meterkilogrammen. Das Meterkilogramm, d. h. diejenige Arbeit, welche eine Kraft von 1 kg leistet, indem sie einen ihr gleichen Widerstand durch eine Weglänge von 1 m überwindet, ist demnach die Einheit der Arbeitsgrößen, wie das Kilogramm die Einheit der Kraftgrößen ist. Ein bewegter Körper besitzt nun vermöge seiner Geschwindigkeit die Fähigkeit, einen ihm entgegenstehenden Widerstand zu überwinden und dabei, bis seine Geschwindigkeit erschöpft ist, eine ebenso große Arbeit zu leisten, wie die bewegende Kraft vorher aufgewendet hatte, um ihm seine Geschwindigkeit zu erteilen. Diese Arbeitsfähigkeit, welche einem bewegten Körper innewohnt, heißt seine lebendige Kraft oder seine Wucht; sie wird nach den Lehren [* 7] der Mechanik ausgedrückt durch das halbe Produkt der Masse (m) des bewegten Körpers mit dem Quadrat seiner Geschwindigkeit (v): ½mv². Der Begriff »lebendige Kraft« bezeichnet demnach keine Kraft, sondern eine nach Meterkilogrammen zu messende Arbeitsgröße.

Kraft (physikalisch)

Die Fähigkeit eines Körpers, Arbeit zu leisten, wird ganz allgemein Energie genannt. Nicht nur ¶

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bewegte Körper, sondern auch solche, welche sich in völliger Ruhe befinden, können Energie besitzen. Wird z. B. ein in die Höhe geworfener Stein, wenn er sich im höchsten Punkt seiner Bahn befindet, von dem Dach [* 9] eines Hauses aufgefangen, so bleibt er daselbst liegen ohne Bewegung, jedoch nicht ohne das Vermögen, Arbeit zu leisten, und demnach nicht ohne Energie. Denn läßt man ihn von dort wieder zum Boden herabfallen, so erreicht er ihn mit der nämlichen Geschwindigkeit und sonach mit derselben lebendigen Kraft, welche er beim Aufwärtswerfen besaß, und vermag daher jetzt eine Arbeit zu verrichten ebenso groß wie diejenige, welche zum Hinaufwerfen aufgewendet wurde.

Die Energie, welche dem auf dem Dach liegenden Stein innewohnt und welche beim Herabfallen zum Vorschein kommt, verdankt derselbe seiner erhöhten Lage, d. h. dem Umstand, daß er vom Anziehungsmittelpunkt der Erde weiter entfernt ist, als da er noch am Boden lag. Man nennt diese im ruhenden Körper gleichsam aufgespeicherte Arbeitsfähigkeit deswegen Energie der Lage, ruhende oder potentielle Energie und bezeichnet im Gegensatz hierzu die lebendige Kraft oder Wucht eines bewegten Körpers als Energie der Bewegung, thätige, aktuelle oder kinetische Energie.

Armatur - Armbrust

Die zum Spannen einer Armbrust [* 10] verbrauchte Arbeit findet sich als potentielle Energie in der gespannten Sehne und verwandelt sich beim Abdrücken in die aktuelle Energie des fortgeschleuderten Pfeils. Die Arbeit, welche unsre Hand [* 11] beim Aufziehen einer Uhr [* 12] leistet, geht als potentielle Energie in die gespannte Feder oder das emporgehobene Gewicht über und verweilt in diesem Ruhezustand, solange das Uhrwerk gehemmt ist; wird es ausgelöst, so setzt sich diese potentielle Energie allmählich in die Bewegungsenergie der sich drehenden Räder um. Aus den letztern Beispielen erhellt zugleich, warum die potentielle Energie zuweilen auch Spannungsenergie genannt wird.

Wird ein Stein vertikal aufwärts geworfen, so vermindert sich seine Geschwindigkeit unter dem Einfluß der entgegenwirkenden Schwere; was er aber beim Emporsteigen an Bewegungsenergie verliert, gewinnt er an Energie der Lage, bis sich im höchsten Punkt seines Flugs, wo seine Geschwindigkeit erschöpft ist, seine ganze anfänglich vorhandene Bewegungsenergie in Energie der Lage verwandelt hat. Fällt er nun wieder herab, so beginnt er seinen Lauf nach unten mit diesem Betrag von potentieller Energie, und während er immer tiefer fällt, wird seine potentielle Energie geringer und seine Bewegungsenergie größer, und zwar so, daß die Summe beider immer die nämliche bleibt. In dem Augenblick endlich, in welchem er den Boden erreicht, hat sich seine Energie der Lage wieder völlig in Bewegungsenergie verwandelt, welche ebenso groß ist wie diejenige, mit welcher er anfänglich emporstieg. Die Gesamtenergie des geworfenen Steins bleibt also während seiner ganzen Bewegung unverändert, indem sich nur die eine Art Energie in die andre ohne Verlust und ohne Gewinn allmählich verwandelt.

Reibung

Was wird nun aber aus der Energie des Steins, wenn er den Boden trifft und hier plötzlich zur Ruhe kommt? Die Energie seiner sichtbaren Bewegung wird im Moment des Stoßes allerdings vernichtet; wir wissen aber, daß, so oft Bewegungsenergie durch Stoß oder durch Reibung [* 13] scheinbar zerstört wird, eine Erwärmung der beteiligten Körper eintritt; eine Kanonenkugel z. B., gegen eine eiserne Panzerplatte geschossen, erhitzt sich bis zum Rotglühen, und wird ein Eisenbahnzug durch Bremsen [* 14] zum Stehen gebracht, so erwärmen sich Räder und Bremsen.

Nun haben Joule und Hirn durch genaue Versuche dargethan, daß durch je 424 Arbeitseinheiten (Meterkilogramme), welche beim Stoß oder bei der Reibung scheinbar verschwinden, eine Wärmemenge erzeugt wird, welche im stande ist, 1 kg Wasser um 1° C. zu erwärmen, und daß diese Wärmemenge (die Wärmeeinheit), wenn sie, z. B. in einer Dampfmaschine, [* 15] verbraucht wird, wiederum eine Arbeit von 424 Meterkilogrammen leistet. Man nennt daher diese Zahl von 424 Meterkilogrammen das mechanische Äquivalent der Wärme. [* 16]

Auge des Menschen

Diese Thatsache der Äquivalenz von Arbeit und Wärme wird sofort verständlich, wenn wir im Sinn der mechanischen Wärmetheorie (s. Wärme) annehmen, daß die Wärme eine Art Bewegung sei und zwar eine schwingende Bewegung der kleinsten Teilchen (Moleküle) der Körper, welche wegen der Kleinheit dieser Teilchen unserm Auge [* 17] nicht sichtbar ist, dagegen auf unsern Gefühlssinn denjenigen Eindruck hervorbringt, welchen wir Wärme nennen. Wenn daher die Energie der sichtbaren Bewegung eines Körpers durch Stoß oder Reibung scheinbar zerstört wird, so verschwindet sie in der That nicht, sondern sie verwandelt sich bloß, ohne Verlust und ohne Gewinn, in die Energie der unsichtbaren Wärmebewegung.

Energie kann niemals vernichtet, und ebensowenig kann Energie aus nichts erschaffen werden; alle Vorgänge in der Natur beruhen bloß auf der Verwandlung der Energie einer Bewegungsart in die Energie einer andern Bewegungsart oder auf der Verwandlung von Bewegungsenergie in Energie der Lage und umgekehrt; die gesamte im Weltall vorhandene Energiemenge ist eine unveränderliche Größe. Dieses durch alle Erfahrungen bestätigte Grundgesetz der gesamten Naturlehre wird das Prinzip der Erhaltung der Energie oder auch, allerdings weniger angemessen, das Prinzip der Erhaltung der Kraft genannt.

Indem dieses Gesetz die Umwandlung sämtlicher Energien der Natur (Schall, [* 18] Wärme, Licht, [* 19] Elektrizität, [* 20] chemische Trennung und Verbindung, mechanische Energie) ineinander beherrscht, so daß sich dieselben nur als verschiedene Erscheinungsformen einer und derselben Wesenheit darstellen, führt es zu der Erkenntnis ihres innern Zusammenhangs und berechtigt uns, in diesem Sinn von der Einheit der Naturkräfte zu sprechen. Zur Erläuterung dieser Begriffe mögen noch folgende Beispiele von Energieumwandlungen angeführt werden.

Mas a Fuera - Maschine

Durch Drehen einer magnetelektrischen Maschine [* 21] (s. d.) wird ein elektrischer Strom erzeugt, dessen Energie der aufgewendeten mechanischen Arbeit äquivalent ist. In einem metallischen Schließungskreis bringt dieser Strom eine entsprechende Wärmemenge hervor;

ist aber eine mit angesäuertem Wasser gefüllte Zersetzungszelle eingeschaltet, so entsteht eine geringere Wärmemenge, dafür wird aber chemische Arbeit geleistet, indem ein Teil des Wassers in seine Bestandteile, Sauerstoff und Wasserstoff, zerlegt wird;

diese Arbeit befindet sich als potentielle Energie in den beiden Bestandteilen und kommt als Wärme zum Vorschein, wenn sie sich wieder miteinander zu Wasser vereinigen, d. h. wenn der Wasserstoff verbrennt;

die Verbrennungswärme des entwickelten Wasserstoffs ist nämlich der im Schließungskreis vermißten Wärmemenge genau gleich.

Kraft (Personname) - K

Leitet man den elektrischen Strom durch die Drahtwindungen einer elektromagnetischen Kraftmaschine (s. d.), so leistet er mechanische Arbeit, wofür im Schließungskreis eine äquivalente Wärmemenge verschwindet. Endlich seien noch erwähnt die Umwandlungen der Energie, welche die Sonne [* 22] durch ¶

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Vermittelung der Wellenbewegung [* 24] des Äthers als Licht und strahlende Wärme unsrer Erdoberfläche zuführt. Indem die Erwärmung an verschiedenen Stellen der Erdoberfläche ungleich ausfällt, wird das Gleichgewicht [* 25] der Atmosphäre gestört und sucht sich durch Strömungen wiederherzustellen; die Bewegungsenergie der Winde [* 26] ist daher nichts andres als umgewandelte Energie der Sonnenstrahlung. Durch die Verdampfung, welche unter dem Einfluß der Sonnenwärme an der Meeresoberfläche vor sich geht, werden ungeheure Mengen Wasserdampf in die höhern Regionen der Atmosphäre emporgehoben, von wo sie, zu Wasser verdichtet, als Regen oder Schnee [* 27] herabfallen und, zu Bächen und Flüssen gesammelt, dem Meer wieder zuströmen.

Holywood - Holz

Während des Herabsinkens gibt das Wasser die gesamte Energie, welche es beim Emporsteigen von der Sonne empfing, als Wärme (Freiwerden der sogen. latenten Wärme) und Bewegungsenergie wieder aus, wovon die letztere durch Wasserräder [* 28] für die Zwecke der menschlichen Industrie nutzbar gemacht werden kann. In den grünen Blättern der Pflanzen wird durch die Sonnenstrahlen die aus der Luft aufgenommene Kohlensäure zerlegt; der Sauerstoff kehrt gasförmig in die Atmosphäre zurück, der Kohlenstoff aber wird zum Aufbau des festen Pflanzenkörpers verwendet.

In dem Holz [* 29] eines Baumstammes findet sich nun die gesamte Energie der Sonnenstrahlen, welche zu seiner Bildung im Lauf des Jahrs verbraucht wurde, als potentielle Energie aufgespeichert und kommt als aktuelle Energie in Form von Licht und Wärme ungeschmälert zum Vorschein, wenn das Holz oder vielmehr der in ihm enthaltene Kohlenstoff durch Verbrennung wieder in den Zustand der Kohlensäure zurückkehrt. In den Steinkohlenlagern, umgewandelten Resten urweltlicher Pflanzen, ist ein reicher Sparpfennig gebundener Sonnenenergie niedergelegt, welcher in ferner geologischer Epoche durch die assimilierende Thätigkeit der damaligen Urwälder angesammelt wurde und durch den Verbrennungsprozeß jederzeit wieder in Freiheit gesetzt werden kann; demnach ist die Wärme unsrer Öfen, [* 30] das Licht unsrer Gasflammen, die Arbeit der Dampfmaschinen [* 31] Energie, die ursprünglich von der Sonne stammt.

Quelle

Von den Tieren nähren sich die einen unmittelbar von Pflanzen, andre verzehren ihre pflanzenfressenden Mitgeschöpfe, in beiden Fällen erkennen wir die Pflanzenwelt als die alleinige Quelle [* 32] alles tierischen Lebens. Im tierischen Organismus verbindet sich der in der Nahrung eingenommene Kohlenstoff mit dem eingeatmeten Sauerstoff und wird in Form von Kohlensäure ausgehaucht, d. h. die Energie der Sonnenstrahlen, welche die Pflanze zur Abscheidung des Kohlenstoffs verbrauchte und als potentielle Energie in letzterm niederlegte, wird im tierischen Körper als Wärme und Bewegung wieder frei. Diese Reihe von Betrachtungen, welche sich noch weiter fortsetzen läßt, führt schließlich zu der Erkenntnis, daß die Sonne der alleinige Urquell aller Wärme, aller Bewegung, alles Lebens an unsrer Erdoberfläche ist.

Titel

Kraft,

Nuphar - Nürnberg

[* 3] 1) Adam, Bildhauer der Nürnberger Schule, war geboren um 1440, wahrscheinlich zu Nürnberg. [* 33] Über seinen Lehrmeister, seine Wanderjahre und seine Schicksale wissen wir nichts. Seine uns bekannte Thätigkeit beginnt in Nürnberg im J. 1490 mit den von Martin Ketzel gestifteten sieben Stationsbildern in Relief, welche noch heute auf dem Weg nach dem Johanniskirchhof stehen. Daran schließen sich verschiedene Grabmäler: das für Sebald Schreyer, Kirchenmeister der St. Sebalduskirche, von 1492;

ein Relief am Chor der Sebalduskirche, welches in fast lebensgroßen Figuren drei Szenen aus der Leidensgeschichte Christi darstellt;

das für die Familie Pergensdorfer, jetzt in der Frauenkirche;

das für die Familie Landauer, jetzt in einer Kapelle neben der Ägidienkirche;

dann einige Reliefs in der Sebalduskirche und (sein letztes Werk) die große Grablegung Christi, bestehend aus 15 lebensgroßen Statuen, in der Holzschuherschen Grabkapelle auf dem Johanniskirchhof (1507).

Bildhauerkunst VI

Auch fertigte er verschiedene kleinere Arbeiten zum Schmuck öffentlicher und privater Gebäude, wie das Relief über dem Portal des Wagehauses (1497), ein Relief (St. Georg) an einem Haus in der Theresienstraße, mehrere Madonnenbilder, z. B. jenes am »gläsernen Himmel« [* 34] in der Bindergasse, und verschiedene Arbeiten mehr dekorativer Art, wie Wappen [* 35] u. dgl. Sein Hauptwerk ist das auf Kosten des Hans Imhof in den Jahren 1493-1500 ausgeführte, 19 m hohe, in den reichsten gotischen Formen gehaltene und mit zahlreichen Figuren besetzte Sakramentshäuschen in der Lorenzkirche, wofür er 770 Gulden erhielt. Sein Porträt in lebensgroßer [* 23] Figur hat er am Fuß angebracht. Kraft starb (angeblich im Spital zu Schwabach) [* 36] im J. 1507. Seinen Stil kennzeichnen große Energie der Darstellung, Tiefe der Empfindung und lebendige Charakteristik, bauschige Gewandung und derbe Figuren. S. Tafel »Bildhauerkunst [* 37] VI«, [* 38] Fig. 6 und 7.

Vgl.   Wanderer, Adam Kraft und seine Schule (Nürnb. 1869, mit 30 Tafeln);

Bergau (in Dohmes »Kunst und Künstler«, Leipz. 1877).

2) Gustav, Forstmann, geb. 18. Aug. 1823 zu Klausthal, studierte 1845-47 auf der Forstschule zu Münden, 1850 und 1851 in Göttingen, [* 39] war 1852-1865 Hilfsarbeiter der hannöverschen Zentralforstverwaltung, sodann Oberförster in Bovenden bei Göttingen, Forstmeister in Dassel am Solling, später in Hannover [* 40] und wurde 1885 zum Oberforstmeister ernannt. Er schrieb: »Beiträge zur forstlichen Wasserbaukunde« (Hannov. 1863);

»Anfangsgründe der Theodolitmessung und der ebenen Polygonometrie« (das. 1865);

»Zur Praxis der Waldwertrechnung und forstlichen Statik« (das. 1882);

»Beiträge zur Lehre [* 41] von den Durchforstungen, Schlagstellungen und Lichtungshieben« (das. 1884);

»Beiträge zur forstlichen Zuwachsrechnung und zur Lehre vom Weiserprozent« (das. 1885).