Behoud van energie

[Aughiris]

1) Stel je voor dat je op je rug ligt en een halter met een fors gewicht omhoog tilt. Je houd deze in de hoogte vast. Mijn vraag is dan als volgt: Je verbruikt continu energie om de halter in de hoogte te houden. Maar de halter beweegt niet, hij blijft op dezelfde plek. Welnu, als energie niet verloren kan gaan maar enkel kan worden omgezet in een andere vorm, waar blijft deze energie dan?

2) Ik heb laatst iets gelezen over een experiment in de ruimte. Van wat ik had gelezen bleek het dat een vloeistof die in de ruimte word gedumpt, eerst hevig gaat koken en vervolgens direct bevriest. Energie word behouden, dus waarin is de warmte-energie van deze moleculen omgezet?

mvg,

Martin

[ToonB]

1) Je spieren worden warm, en zullen na een tijdje gaan trillen = kinetische energie.

Verder hopen je spieren dan een hoop potentiële energie op, en dat is ook energie, ondanks dat hij geen beweging veroorzaakt.

2) Hoewel ik niet weet of dit waar is, zal ik er even vanuit gaan dat het zo is.

het koken zou te verklaren kunnen zijn doordat de deeltjes plots ver uit elkaar kunnen gaan, en dus zullen gaan bewegen. Bewegen van deeltjes = energie = warmte.

Het bevriezen zou dan zijn omdat die warmte wordt opgenomen door de ruimte rondom die vloeistof (of gas, na het koken).

een deel energie zal van kinetisch (bewegende deeltjes) omgezet worden naar potentiële energie (vaste plaats in bevroren stof).

Anderszijds zal een deel van die energie uigestraald worden onder de vorm van warmte.

Dit zou ik erover denken.

[Burgie]

1/ Na verloop van tijd ga je zweten... en dat is inderdaad warmte (de laagste vorm van energie).

[Victor]

Hmm..even een andere mening;

1) Of de halter nu opgehouden wordt door spieren of door een tafelblad, dit is hetzelfde. In beide gevallen wordt de halter opgehouden. Of dit nu bekomen wordt door een motor, spieren, of tafelblad, is voor de halter om het even.

Je spieren hebben een rendement. Een deel van de energie gaat verloren aan warmte enz...da's al een deel van je verbruik aan energie.

Slechts een fractie van de energie gaat naar de halter. De energie die naar de halter gaat, kan evengoed geleverd worden door een tafelblad (via elektrische afstoting). De halter vraagt een constante 'stroom' aan energie om niet naar beneden te vallen. Als de halter geen energie meer krijgt, valt deze naar beneden. Nu is de echte vraag: "waar gaat al die energie -die de halter constant krijgt- naartoe?" Het antwoord op die vraag weet 'k niet.

2) Of de vloeistof, die plots in het vacuum gedropt wordt, gaat koken of niet, hangt af van zijn temperatuur.

De energie blijft inderdaad behouden, alsook de gemiddelde kinetische energie van ieder atoom. De afstand tussen de moleculen vergroot wel, waardoor deze gas-eigenschappen krijgt.

Het kan zijn dat bepaalde atomen een groot deel van de energie krijgen (door een goedgemikte botsing), en prompt als snelle gas-deeltjes wegvliegen. Deze energie is dus vertrokken. Wat blijft achter? Atomen met een lage energie. Deze worden door elkaar aangetrokken, en krijgen vast-eigenschappen: het "vervriest". De totale energie van het systeem is de energie van de weggevlogen deeltjes en de achtergebleven vaste deeltjes. Deze totale energie is onveranderd.

[thermo1945]

2) Van wat ik had gelezen bleek het dat een vloeistof die in de ruimte word gedumpt, eerst hevig gaat koken en vervolgens direct bevriest. Energie word behouden, dus waarin is de warmte-energie van deze moleculen omgezet?

Zie proef van

Energie word behouden, dus waarin is de warmte-energie van deze moleculen omgezet?

Als een vloeistof gaat koken, wordt de gemiddelde afstand van de moleculen groter.

Daardoor neemt de vanderwaalsenergie toe. Dit gaat hier ten koste van de thermische energie. Dus de temperatuur daalt.

[Jan van de Velde]

2) Hoewel ik niet weet of dit waar is,

Tikje simpeler: door de drukverlaging zal water plotseling gaan koken. Dat is verdampen, meer eigenlijk niet. Maar voor verdampen is warmte nodig, véél warmte. Die kan alleen maar uit de vloeistof worden gehaald (want daarbinnenin kookt het, dáár vindt die verdamping plaats). Het water koelt af.

De invloed van druk op het vriespunt van water is niet noemenswaard, sterker, werkt andersom: drukverlaging werkt juist vriespuntsverhogend! (bedenk dat water moet uitzetten om te bevriezen). Voor die max 100 000 Pa dat je omlaag kan kun je het merkbare effect hiervan vergeten.

Al met al leidt de onttrekking van warmte voor de verdamping ertoe dat het water, in omstandigheden waar de omgeving die warmte niet zó snel kan aanvullen dat de temperatuur van het water boven 0°C zou blijven, zal bevriezen.

Voor een vergelijkbaar effect hoef je niet de ruimte in. Met vloeibare koolzuur uit elke koolzuurblusser is dit prima te doen onder atmosferische druk.

Behoud van energie: een paar (de verdampende) moleculen winnen per stuk véél aan (bewegings)energie. De vele andere moleculen leveren per stuk relatief weinig, maar samen genoeg, in.

[Aughiris]

Tikje simpeler: door de drukverlaging zal water plotseling gaan koken. Dat is verdampen, meer eigenlijk niet. Maar voor verdampen is warmte nodig, véél warmte. Die kan alleen maar uit de vloeistof worden gehaald (want daarbinnenin kookt het, dáár vindt die verdamping plaats). Het water koelt af.

De invloed van druk op het vriespunt van water is niet noemenswaard, sterker, werkt andersom: drukverlaging werkt juist vriespuntsverhogend! (bedenk dat water moet uitzetten om te bevriezen). Voor die max 100 000 Pa dat je omlaag kan kun je het merkbare effect hiervan vergeten.

Al met al leidt de onttrekking van warmte voor de verdamping ertoe dat het water, in omstandigheden waar de omgeving die warmte niet zó snel kan aanvullen dat de temperatuur van het water boven 0°C zou blijven, zal bevriezen.

Voor een vergelijkbaar effect hoef je niet de ruimte in. Met vloeibare koolzuur uit elke koolzuurblusser is dit prima te doen onder atmosferische druk.

Behoud van energie: een paar (de verdampende) moleculen winnen per stuk véél aan (bewegings)energie. De vele andere moleculen leveren per stuk relatief weinig, maar samen genoeg, in.

Dus het grootste deel van de moleculen geeft hun warmte af aan een paar andere moleculen, waardoor de eerstgenoemden 'bevriezen' en de anderen aan 'warmte' winnen?

[Aughiris]

1) Je spieren worden warm, en zullen na een tijdje gaan trillen = kinetische energie.

Verder hopen je spieren dan een hoop potentiële energie op, en dat is ook energie, ondanks dat hij geen beweging veroorzaakt.

2) Hoewel ik niet weet of dit waar is, zal ik er even vanuit gaan dat het zo is.

het koken zou te verklaren kunnen zijn doordat de deeltjes plots ver uit elkaar kunnen gaan, en dus zullen gaan bewegen. Bewegen van deeltjes = energie = warmte.

Het bevriezen zou dan zijn omdat die warmte wordt opgenomen door de ruimte rondom die vloeistof (of gas, na het koken).

een deel energie zal van kinetisch (bewegende deeltjes) omgezet worden naar potentiële energie (vaste plaats in bevroren stof).

Anderszijds zal een deel van die energie uigestraald worden onder de vorm van warmte.

Dit zou ik erover denken.

Maar als er alleen warmte ontstaat en verder niets, waarom zou het lichaam dan energie verspillen aan de halter als er alleen maar warmte ontstaat? Dan kun je net zo goed ophouden met moeite doen om de halter omhoog te houden. Maar als je dat doet, dondert de halter natuurlijk naar beneden.

Men heeft het nu over warmte en kinetische energie (spiertrillingen) gehad als verklaring voor waar de energie heen gaat, maar dat heeft toch niks te maken met het omhoog houden van de halter?

[Nassarius]

Dus het grootste deel van de moleculen geeft hun warmte af aan een paar andere moleculen, waardoor de eerstgenoemden 'bevriezen' en de anderen aan 'warmte' winnen?

Hahaha goed gezien! Een zeer goede vraag. ..

Maar als er alleen warmte ontstaat en verder niets, waarom zou het lichaam dan energie verspillen aan de halter als er alleen maar warmte ontstaat? Dan kun je net zo goed ophouden met moeite doen om de halter omhoog te houden. Maar als je dat doet, dondert de halter natuurlijk naar beneden.

Men heeft het nu over warmte en kinetische energie (spiertrillingen) gehad als verklaring voor waar de energie heen gaat, maar dat heeft toch niks te maken met het omhoog houden van de halter?

Kost versnellen energie? Om te versnellen moet de natuur dit aantonen... Iets aantonend veranderen schijnt energie te kosten. Het lijkt er op dat elke natuurkundige beschrijvelijke verandering energie kost of opleverd... En dit alles binnen het kader van behoudt van E,E zit immers gevangen in zijn eigen omschrijving... Hmmmm... Water is bewegelijk dus er is veel kenetische energie... Ijs niet... Is daarom Ijs nu juist vollume matig groter?

[Jan van de Velde]

Water is beweeglijk dus er is veel kinetische energie... ijs niet... Is daarom ijs nu juist volume matig groter?

Nee, dat is een heel ander verhaal. Daar is vast wel een topic over te vinden. En anders zou ik zeggen, open er eentje.

Laten we hier verder gaan over dat behoud van energie in deze twee gevallen.

Leg de halter op een tafel ipv hem vast te houden. Ligt hij daar over 200 jaar nog? Moet er aan die tafel energie toegevoerd worden omdat die halter daar ligt? Wat is kennelijk een verschil tussen een spier en een tafelpoot?

[Victor]

Maar als er alleen warmte ontstaat en verder niets, waarom zou het lichaam dan energie verspillen aan de halter als er alleen maar warmte ontstaat?

Een deel van de energie die door de spieren verbruikt wordt, gaat naar de halter.

Per tijdseenheid "vloeit" er een bepaalde hoeveelheid energie naar de halter.

Soms heb'k het gevoel dat "arbeid=F*afgelegde weg" soms beter vervangen wordt door "arbeid=F*tijd"

Met "tijd"= de tijd waarin die kracht inwerkt.

De halter beweegt niet, en toch is er energie-verbruik. Het is niet omdat iets statisch lijkt, dat er geen dynamisch proces aan de gang is. Vergelijk het met chemisch evenwicht. Het lijkt alsof er niets gebeurt, maar in werkelijkheid zijn er 2 reacties (de reactie zelf, en de omgekeerde reactie) die constant doorgaan.

Reactie 1: energie-toevoer via zwaartekracht naar de halter

Reactie 2: energie-toevoer via de spieren naar de halter

Deze 2 reacties zijn in evenwicht met elkaar. Beiden leveren energie aan de halter. Schakel je reactie 2 uit, zal de halter vallen. Tijdens die val zal de energie die de zwaartekracht aan de halter levert, zichtbaar worden onder de vorm van kinetische energie. Net zoals bij de chemische reactie, indien je de omgekeerde reactie uitschakelt, je een zichtbaar resultaat zal zien (vb. kleuromslag).

[Aughiris]

Nee, dat is een heel ander verhaal. Daar is vast wel een topic over te vinden. En anders zou ik zeggen, open er eentje.

Laten we hier verder gaan over dat behoud van energie in deze twee gevallen.

Leg de halter op een tafel ipv hem vast te houden. Ligt hij daar over 200 jaar nog? Moet er aan die tafel energie toegevoerd worden omdat die halter daar ligt? Wat is kennelijk een verschil tussen een spier en een tafelpoot?

Aangenomen dat er niks aan de situatie veranderd (de tafel en de halter worden gedurende die 200 jaar niet verplaatst) ligt hij daar nog steeds, zonder al die tijd energie te hoeven hebben gebruikt.

Het verschil tussen een spier en een tafelpoot is dan dus dat een spier wél energie nodig heeft om de halter omhoog te houden, maar de tafelpoot niet. Dan ben ik weer terug bij af. Of heb ik het nou verkeerd?

[Aughiris]

Een deel van de energie die door de spieren verbruikt wordt, gaat naar de halter.

Per tijdseenheid "vloeit" er een bepaalde hoeveelheid energie naar de halter.

Soms heb'k het gevoel dat "arbeid=F*afgelegde weg" soms beter vervangen wordt door "arbeid=F*tijd"

Met "tijd"= de tijd waarin die kracht inwerkt.

De halter beweegt niet, en toch is er energie-verbruik. Het is niet omdat iets statisch lijkt, dat er geen dynamisch proces aan de gang is. Vergelijk het met chemisch evenwicht. Het lijkt alsof er niets gebeurt, maar in werkelijkheid zijn er 2 reacties (de reactie zelf, en de omgekeerde reactie) die constant doorgaan.

Reactie 1: energie-toevoer via zwaartekracht naar de halter

Reactie 2: energie-toevoer via de spieren naar de halter

Deze 2 reacties zijn in evenwicht met elkaar. Beiden leveren energie aan de halter. Schakel je reactie 2 uit, zal de halter vallen.

Laten we zeggen dat je een halter van 50kg 1 meter de hoogte in houd. De zwaarte-energie is dan 50 x 9,81 x 1 = 490,5 Joules. Dat is zeg maar de potentiële energie, want je hebt 490,5 Joules moeten verbruiken om het gewicht omhoog te krijgen, en die 490,5 Joules komen weer vrij als je hem laat vallen.

Echter, je laat hem niet meteen vallen: je houd hem een tijdje vast. Dat betekent dat je 490,5 Watt zal moeten leveren om het gewicht omhoog te houden. Maar hoe lang je hem ook vast zal houden, wanneer je hem laat vallen komt er 490,5 Joules vrij, en dus NIET 490,5N*tijd!

Je geeft nu als oplossing dat zwaarte-energie continue erbij word geleverd, maar zoals ik al had gezegd blijft de energie van de halter 490,5 Joules. Dus waar is die energie heen?

Ik neem een kop koffie, want ik geraak steeds meer in de war

[Phys]

Laten we zeggen dat je een halter van 50kg 1 meter de hoogte in houd. De zwaarte-energie is dan 50 x 9,81 x 1 = 490,5 Joules. Dat is zeg maar de potentiële energie, want je hebt 490,5 Joules moeten verbruiken om het gewicht omhoog te krijgen, en die 490,5 Joules komen weer vrij als je hem laat vallen.

Hoe zie je dat voor je? Dat je opeens een 'energy-boost' krijgt als je de halter laat vallen? Je spierkracht is géen conservatieve kracht, dus dit gaat niet op.

Echter, je laat hem niet meteen vallen: je houd hem een tijdje vast. Dat betekent dat je 490,5 Watt zal moeten leveren om het gewicht omhoog te houden. Maar hoe lang je hem ook vast zal houden, wanneer je hem laat vallen komt er 490,5 Joules vrij, en dus NIET 490,5N*tijd!

Dit is allebei niet waar. Er komt geen energie 'vrij' (zie hierboven), en je hoeft ook geen 490,5 Watt te leveren. Men past hier berekeningen toe die gelden voor puntmassa's en conservatieve krachten. Het menselijk lichaam werkt veel gecompliceerder. Een tafel hoeft toch ook niet 490,5 Watt te leveren als de halter erop ligt? De hoogte maakt niets uit, alleen hoogteverschillen hebben betekenis.

Je geeft nu als oplossing dat zwaarte-energie continue erbij word geleverd, maar zoals ik al had gezegd blijft de energie van de halter 490,5 Joules. Dus waar is die energie heen?

Al die energie komt uit de persoon die de halter omhoog tilt.

[Victor]

Je hebt 490,5 Joules moeten verbruiken om het gewicht omhoog te krijgen, en die 490,5 Joules komen weer vrij als je hem laat vallen.

'"Je hebt 490,5 Joules moeten verbruiken om het gewicht omhoog te krijgen"

Correct!

"en die 490,5 Joules komen weer vrij als je hem laat vallen"

Ik heb problemen met het woordje "die". Dit woordje laat blijken alsof je bij het optillen een hoeveelheid potentiële energie opslaat in de halter. Het begrip "potentiële energie" is een wiskundige hulp bij het oplossen van vraagstukken. Maar het heeft verder geen fysische betekenis. Als de halter 1 meter of 2 meter boven de grond hangt, de energie-inhoud blijft dezelfde (de som van de kinetische energie en Einsteins rust-energie). "Potentiële energie" bestaat niet als fysisch tastbaar iets, en slaat zich dus ook niet op tijdens het optillen.

Als een voorwerp valt, en aan snelheid toeneemt, dan wordt deze kinetische energie "geproduceerd" op het moment zelf!