context: Energie

== Geschichte des Begriffs ==
Das Wort ''Energie'' geht auf , ''energeia'' zurück, das in der griechischen Antike eine rein philosophische Bedeutung im Sinne von „lebendiger Wirklichkeit und Wirksamkeit“ hatte (siehe auch „Akt und Potenz“). Als naturwissenschaftlicher Begriff wurde das Wort selbst erst 1807 von dem Physiker Thomas Young in die Mechanik eingeführt. Die neue Größe ''Energie'' sollte die Stärke ganz bestimmter Wirkungen angeben, die ein bewegter Körper durch seine Bewegung hervorrufen kann, und die sich nicht allein durch seinen Impuls  („Masse mal Geschwindigkeit“) bestimmen lassen. Über den Impuls war seit den Untersuchungen des Stoßes zweier Körper durch Christiaan Huygens, Christopher Wren und John Wallis um das Jahr 1668 herum bekannt, dass er bei elastischen wie bei unelastischen Körpern erhalten bleibt, also das richtige Maß für die verursachten Veränderungen und damit für die unzerstörbare „Größe der Bewegung“ ist. Bei anderen Vorgängen aber verursachen Körper verschiedener Masse, auch wenn sie gleichen Impuls haben, verschieden große Wirkungen. Dazu gehört etwa die Höhe, die ein Körper in Aufwärtsbewegung erreicht, oder die Tiefe des Lochs, das er beim Aufprall in eine weiche Masse schlägt. Hierbei nimmt die Wirkung nicht mit der Geschwindigkeit proportional zu, wie der Impuls, sondern mit dem Quadrat der Geschwindigkeit. Daher bezeichnete Gottfried Wilhelm Leibniz 1686 die Größe  als das wahre Maß für die Größe der Bewegung und nannte sie vis viva („lebendige Kraft“). Dieser Name folgte dem damaligen Sprachgebrauch, in dem ein Körper nur durch die ihm innewohnenden ''Kräfte'' Wirkungen verursachen konnte. Der Name ''lebendige Kraft'' hat aber durch „Verwechslung mit dem Newtonschen Kraftbegriff eine unheilvolle Verwirrung der Ideen und eine zahllose Schar von Missverständnissen hervorgerufen“ (so Max Planck 1887 in seiner preisgekrönten Darstellung der Geschichte des Energieerhaltungssatzes.) Leibniz argumentierte wie folgt:
Ein Gewicht von  auf die Höhe  zu heben erfordert genauso viel Arbeit wie ein Gewicht  auf die Höhe  zu heben (Hebelgesetz). Nach Galileo Galilei ist im freien Fall , also ist die Endgeschwindigkeit im ersten Fall doppelt so hoch wie im zweiten Fall. Setzt man für die ''innewohnende'' (lebendige) Kraft an , mit der man diese Arbeit (''latente Form der lebendigen Kraft'') messen will, so ist bei Erhaltung der lebendigen Kraft , das heißt  und nicht  wie die Anhänger von Descartes meinten.
Den korrekten Vorfaktor  in der kinetischen Energie leitete schon Daniel Bernoulli 1726 ab. Bei ihm wie bei anderen analytischen Mechanikern des 18. Jahrhunderts wie Leonhard Euler (z. B. Behandlung der elastischen Deformation), Joseph Louis Lagrange (Mécanique Analytique 1788) finden sich auch Vorläufer des Konzepts der potentiellen Energie (der Term Potentialfunktion stammt von George Green 1828 und unabhängig wurde sie von Carl Friedrich Gauß 1840 eingeführt, war aber als Potential schon Lagrange und Laplace bekannt). Das Konzept war schon Leibniz (in seiner Ableitung von ) und Johann I Bernoulli bekannt, der als erster 1735 das Prinzip der Erhaltung der ''lebendigen Kräfte'' formulierte (die Vorstellung hatte aber auch Leibniz zum Beispiel im 5. Brief an Samuel Clarke), das insbesondere vom Leibniz-Schüler Christian Wolff verbreitet wurde. Von potentieller Energie sprach man damals als der ''latenten Form der lebendigen Kraft'', die sich zum Beispiel beim inelastischen Stoß auf kleinere Teilchen des Körpers verteile.
Um die genannten Wirkungen der Bewegung des Körpers vorhersagen zu können, definierte Young die Größe ''Energie'' als die Fähigkeit des Körpers, gegen eine widerstehende Kraft eine gewisse Strecke zurückzulegen. Er bemerkte auch, dass Arbeit, die in Form von Hubarbeit an einem Körper geleistet wird, sich später quantitativ in dessen Energie wiederfindet, kam aber noch nicht auf den Begriff der Umwandlung verschiedener Energieformen und behielt auch die Formel  von Leibniz bei und war im Großen und Ganzen noch ein Anhänger des Cartesianischen Standpunkts der ''Kräfte''.
Im 18. Jahrhundert war man in der Mechanik und Physik an der Energie nicht sonderlich interessiert, wichtige Forscher wie Euler sahen den Streit um die ''Vis Viva'', das wahre Kraftmaß, als Angelegenheit der Philosophen und man befasste sich mit der Lösung der Bewegungsgleichungen vor allem in der Himmelsmechanik. Der Energiebegriff im heutigen Sinn fand seinen Ursprung nicht bei den analytischen Mechanikern des 18. Jahrhunderts, sondern bei den angewandten Mathematikern der französischen Schule, darunter Lazare Carnot, der schrieb, dass die ''lebendige Kraft'' sich entweder als  oder Kraft mal Weg (als latente lebendige Kraft) manifestieren kann. Eine quantitative Definition der Arbeit („Kraft mal Weg“, bzw. ) wurde auch 1829 gleichzeitig von Coriolis und Poncelet gegeben, offenbar unabhängig voneinander und auch von Young. Coriolis fand dabei auch den richtigen Ausdruck  für die Bewegungsenergie, die 1853 von Rankine erstmals ''kinetische Energie'' genannt wurde.
Im Zusammenhang mit der Dampfmaschine entwickelte sich die Vorstellung, dass Wärmeenergie bei vielen Prozessen die Ursache für eine bewegende Energie, oder mechanische Arbeit ist. Ausgangspunkt war, dass Wasser durch Hitze in den gasförmigen Zustand überführt wird und die Gasausdehnung genutzt wird, um einen Kolben in einem Zylinder zu bewegen. Durch die Kraftbewegung des Kolbens vermindert sich die gespeicherte Wärmeenergie des Wasserdampfes. Demonstriert wurde der Zusammenhang von mechanischer Energie und Wärme in berühmt gewordenen Experimenten von Benjamin Thompson (Graf Rumford, München 1796, 1798) und Humphry Davy (1799).
Der Physiker Nicolas Carnot erkannte, dass beim Verrichten von mechanischer Arbeit eine Volumenänderung des Dampfs nötig ist. Außerdem fand er heraus, dass die Abkühlung des heißen Wassers in der Dampfmaschine nicht nur durch Wärmeleitung erfolgt. Diese Erkenntnisse veröffentlichte Carnot 1824 in einer viel beachteten Schrift über das Funktionsprinzip der Dampfmaschine. Émile Clapeyron brachte 1834 Carnots Erkenntnisse in eine mathematische Form und entwickelte die noch heute verwendete graphische Darstellung des Carnot-Kreisprozesses.
1841 veröffentlichte der deutsche Arzt Julius Robert Mayer seine Idee, dass Energie weder erschaffen noch vernichtet, sondern nur umgewandelt werden kann. Er schrieb an einen Freund:  Die Wärmemenge, die bei einer Dampfmaschine verloren gegangen ist, entspräche genau der mechanischen Arbeit, die die Maschine leistet. Dies ist heute bekannt als „Energieerhaltung“, oder auch „Erster Hauptsatz der Thermodynamik“.
Der Physiker Rudolf Clausius verbesserte im Jahr 1854 die Vorstellungen über die Energieumwandlung. Er zeigte, dass nur ein Teil der Wärmeenergie in mechanische Arbeit umgewandelt werden kann. Ein Körper, bei dem die Temperatur konstant bleibt, kann keine mechanische Arbeit leisten. Clausius entwickelte den zweiten Hauptsatz der Thermodynamik und führte den Begriff der Entropie ein. Nach dem zweiten Hauptsatz ist es unmöglich, dass Wärme eigenständig von einem kälteren auf einen wärmeren Körper übergeht.
Hermann von Helmholtz formulierte im Jahr 1847 das Prinzip „über die Erhaltung der Kraft“ und der Unmöglichkeit eines Perpetuum mobiles (''perpetuus'', lat. ewig; ''mobilis'', lat.: beweglich) 1. Art. Viele Erfinder wollten damals noch Maschinen herstellen, die mehr Energie erzeugten als hineingesteckt wurde. Helmholtz fand seine Erkenntnisse durch Arbeiten mit elektrischer Energie aus galvanischen Elementen, insbesondere einer Zink/Brom-Zelle. In späteren Jahren verknüpfte er die Entropie und die Wärmeentwicklung einer chemischen Umwandlung zur freien Energie. Sowohl Mayer als auch Helmholtz hatten aber in den 1840er Jahren Schwierigkeiten, ihre Erkenntnisse zu veröffentlichen, da beide zunächst als fachfremde Außenseiter galten und die Physiker in Deutschland in einer Abwehrhaltung gegen die seit Ende des 18. Jahrhunderts einflussreiche Naturphilosophie des Kreises um Schelling waren und man beide verdächtigte, Anhänger dieser ''spekulativen Physik'' zu sein.
Josiah Gibbs kam im Jahr 1878 zu ähnlichen Erkenntnissen wie Helmholtz bei elektrochemischen Zellen. Chemische Reaktionen laufen nur ab, wenn die Freie Energie abnimmt. Mittels der freien Energie lässt sich voraussagen, ob eine chemische Stoffumwandlung überhaupt möglich ist oder wie sich das chemische Gleichgewicht einer Reaktion bei einer Temperaturänderung verhält.
Nachdem schon Wilhelm Wien (1900), Max Abraham (1902), und Hendrik Lorentz (1904) Überlegungen zur elektromagnetischen Masse publiziert hatten veröffentlichte Albert Einstein im Rahmen seiner speziellen Relativitätstheorie 1905 die Erkenntnis, dass Masse und Energie äquivalent sind.
qas: question: Wer benutzte den Begriff Energie zuerst in seiner naturwissenschaftlichen Bedeutung?
answers: answer_id: 41521
question_id: 41090
text: Thomas Young
answer_category: SHORT

answer_id: 69898
question_id: 41090
text: Thomas Young
answer_category: SHORT

answer_id: 17194
question_id: 41090
text: Thomas Young
answer_category: SHORT

question: Seit wann wird Energie als Begriff in der Physik benutzt?
answers: answer_id: 41598
question_id: 41091
text: 1807
answer_category: SHORT

answer_id: 69899
question_id: 41091
text: 1807
answer_category: SHORT

answer_id: 17173
question_id: 41091
text: 1807
answer_category: SHORT

question: Bei welchen Körpern zeigen sich unterschiedliche WIrkungen bei gleichem Impuls?
answers: answer_id: 41631
question_id: 41093
text: Körper verschiedener Masse
answer_category: SHORT

answer_id: 69902
question_id: 41093
text:  Körper verschiedener Masse
answer_category: SHORT

answer_id: 17192
question_id: 41093
text: Körper verschiedener Masse
answer_category: SHORT

question: Welche physikalische Größe wurde durch die Energie ergänzt?
answers: answer_id: 41608
question_id: 41092
text: Impuls
answer_category: SHORT

answer_id: 69897
question_id: 41092
text: Impuls
answer_category: SHORT

answer_id: 17275
question_id: 41092
text: Impuls
answer_category: SHORT

question: Wie bezeichnete Leibniz die Größe Energie?
answers: answer_id: 41641
question_id: 41094
text: vis viva
answer_category: SHORT

answer_id: 69903
question_id: 41094
text: vis viva („lebendige Kraft“)
answer_category: SHORT

answer_id: 17216
question_id: 41094
text: lebendigen Kräfte
answer_category: SHORT

question: Zu welchem Phänomen in der Mechanik forschte Leonhard Euler?
answers: answer_id: 41669
question_id: 41095
text: Behandlung der elastischen Deformation
answer_category: SHORT

answer_id: 69901
question_id: 41095
text: Behandlung der elastischen Deformation
answer_category: SHORT

answer_id: 17240
question_id: 41095
text: Lösung der Bewegungsgleichungen vor allem in der Himmelsmechanik
answer_category: SHORT

question: Welche physikalische Definition von Arbeit wurde 1829 vorgeschlagen?
answers: answer_id: 41674
question_id: 41096
text: Kraft mal Weg
answer_category: SHORT

answer_id: 69900
question_id: 41096
text: Kraft mal Weg“
answer_category: SHORT

answer_id: 17208
question_id: 41096
text: Kraft mal Weg
answer_category: SHORT

question: Wer führte den Begriff kinetische Energie ein?
answers: answer_id: 41678
question_id: 41097
text: Rankine
answer_category: SHORT

answer_id: 69904
question_id: 41097
text: Rankine
answer_category: SHORT

answer_id: 17250
question_id: 41097
text: Rankine
answer_category: SHORT

question: Was behandelt eine bekannte Veröffentlichung von Carnot von 1824?
answers: answer_id: 41685
question_id: 41098
text: das Funktionsprinzip der Dampfmaschine
answer_category: SHORT

answer_id: 69906
question_id: 41098
text: das Funktionsprinzip der Dampfmaschine
answer_category: SHORT

answer_id: 17328
question_id: 41098
text: Der Physiker Nicolas Carnot erkannte, dass beim Verrichten von mechanischer Arbeit eine Volumenänderung des Dampfs nötig ist. Außerdem fand er heraus, dass die Abkühlung des heißen Wassers in der Dampfmaschine nicht nur durch Wärmeleitung erfolgt
answer_category: LONG

question: Wer formalisierte Carnots Ergebnisse zur Dampfmaschine?
answers: answer_id: 41692
question_id: 41099
text: Émile Clapeyron
answer_category: SHORT

answer_id: 69907
question_id: 41099
text: Émile Clapeyron
answer_category: SHORT

answer_id: 17332
question_id: 41099
text: Émile Clapeyron
answer_category: SHORT

question: Welche Eigenschaft von Energie beschrieb Julius Robert Mayer 1841?
answers: answer_id: 41703
question_id: 41100
text: dass Energie weder erschaffen noch vernichtet, sondern nur umgewandelt werden kann.
answer_category: SHORT

answer_id: 69908
question_id: 41100
text: dass Energie weder erschaffen noch vernichtet, sondern nur umgewandelt werden kann
answer_category: SHORT

answer_id: 17285
question_id: 41100
text: dass Energie weder erschaffen noch vernichtet, sondern nur umgewandelt werden kann
answer_category: SHORT

question: Welcher Hauptsatz der Thermodynamik beschreibt das Prinzip der Energieerhaltung?
answers: answer_id: 41719
question_id: 41101
text: Erster Hauptsatz
answer_category: SHORT

answer_id: 69905
question_id: 41101
text: Erster Hauptsatz der Thermodynamik
answer_category: SHORT

answer_id: 17301
question_id: 41101
text: Erster Hauptsatz der Thermodynami
answer_category: SHORT

question: In wiefern erweiterte Rudolf Clausius das Verständnis von Energie und Wärme?
answers: answer_id: 41720
question_id: 41102
text: Er zeigte, dass nur ein Teil der Wärmeenergie in mechanische Arbeit umgewandelt werden kann. Ein Körper, bei dem die Temperatur konstant bleibt, kann keine mechanische Arbeit leisten.
answer_category: LONG

answer_id: 69909
question_id: 41102
text: Er zeigte, dass nur ein Teil der Wärmeenergie in mechanische Arbeit umgewandelt werden kann. Ein Körper, bei dem die Temperatur konstant bleibt, kann keine mechanische Arbeit leisten
answer_category: LONG

answer_id: 17372
question_id: 41102
text: Er zeigte, dass nur ein Teil der Wärmeenergie in mechanische Arbeit umgewandelt werden kann. Ein Körper, bei dem die Temperatur konstant bleibt, kann keine mechanische Arbeit leisten
answer_category: LONG

question: Was beschreibt der Zweite Hauptsatz der Thermodynamik?
answers: answer_id: 42511
question_id: 41103
text: dass Wärme eigenständig von einem kälteren auf einen wärmeren Körper übergeht.
answer_category: SHORT

answer_id: 69911
question_id: 41103
text: Nach dem zweiten Hauptsatz ist es unmöglich, dass Wärme eigenständig von einem kälteren auf einen wärmeren Körper übergeht
answer_category: SHORT

answer_id: 17385
question_id: 41103
text: Nach dem zweiten Hauptsatz ist es unmöglich, dass Wärme eigenständig von einem kälteren auf einen wärmeren Körper übergeh
answer_category: LONG

question: Welchen physikalischen Begriff prägte Clausius?
answers: answer_id: 41722
question_id: 41104
text: Entropie
answer_category: SHORT

answer_id: 69910
question_id: 41104
text: Entropie
answer_category: SHORT

answer_id: 17356
question_id: 41104
text: Entropie
answer_category: SHORT

question: Wer verfasste den zweiten Hauptsatz der Thermodynamik?
answers: answer_id: 42512
question_id: 41216
text: Clausius
answer_category: SHORT

answer_id: 69914
question_id: 41216
text: Clausius
answer_category: SHORT

answer_id: 17346
question_id: 41216
text: Clausius
answer_category: SHORT

question: Wer schrieb 1847, dass es nicht möglich sei, ein Perpetuum Mobile zu konstruieren?
answers: answer_id: 42513
question_id: 41217
text: Hermann von Helmholtz
answer_category: SHORT

answer_id: 69912
question_id: 41217
text: Hermann von Helmholtz
answer_category: SHORT

answer_id: 17351
question_id: 41217
text: Hermann von Helmholtz
answer_category: SHORT

question: Wieso trafen Helmholtz und Mayer unter etablierten Physikern in Deutschland auf Ablehnung?
answers: answer_id: 42514
question_id: 41218
text: da beide zunächst als fachfremde Außenseiter galten und die Physiker in Deutschland in einer Abwehrhaltung gegen die seit Ende des 18. Jahrhunderts einflussreiche Naturphilosophie des Kreises um Schelling waren und man beide verdächtigte, Anhänger dieser ''spekulativen Physik'' zu sein.
answer_category: SHORT

answer_id: 69913
question_id: 41218
text: da beide zunächst als fachfremde Außenseiter galten und die Physiker in Deutschland in einer Abwehrhaltung gegen die seit Ende des 18. Jahrhunderts einflussreiche Naturphilosophie des Kreises um Schelling waren und man beide verdächtigte, Anhänger dieser ''spekulativen Physik'' zu sein
answer_category: SHORT

answer_id: 17344
question_id: 41218
text: da beide zunächst als fachfremde Außenseiter galten und die Physiker in Deutschland in einer Abwehrhaltung gegen die seit Ende des 18. Jahrhunderts einflussreiche Naturphilosophie des Kreises um Schelling waren und man beide verdächtigte, Anhänger dieser ''spekulativen Physik'' zu sein
answer_category: SHORT