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169 Umweltrelevante Systeme & Technologien 5 5.1.3 Grundlagen der Energieumwandlung 5.1.3.1 Energieerhaltungssatz In Abschnitt 5.1.2 wurde die Energie in einigen ihrer Erscheinungsformen (mechani- sche, elektrische, thermische, chemische) vorgestellt. In der Natur lässt sich nun Fol- gendes beobachten: In einem nach außen hin abgeschlossenen System (isolierter Behäl- ter, durch den keine Energieströme dringen können) bleibt die Gesamtenergie konstant. Im abgeschlossenen System bleibt die Gesamtenergie erhalten. Der Ausdruck „Gesamtenergie“ deutet bereits an, dass es zu Umwandlungen von einer Erscheinungsform in eine andere kommen kann. So könnte innerhalb des abgeschlosse- nen Systems eine Batterie entladen werden, um mittels eines Elektromotors ein Schwungrad zu beschleunigen, oder eine (andere) chemische Reaktion ablaufen, wodurch die Temperatur ansteigt. Die Gesamtenergie innerhalb des Systems bleibt dabei stets erhalten, solange keine Energie von außen zugeführt oder nach außen abgeführt wird. 5.1.3.2 Konservative und dissipative Kraftfelder Wird eine Masse im Schwerkraftfeld gehoben oder eine elastische Feder gespannt, so wird Arbeit im Sinne von Gleichung 5.1.4 verrichtet, die aber bei Zurückbewegung im jeweiligen Kraftfeld wieder zurückgewonnen werden kann. In diesen Fällen wird die Verschiebearbeit als potenzielle Energie gespeichert. Die Kraftfelder im Fall der Schwerkraft und der elastischen Feder sind sogenannte Potenzialfelder, auch konser- vative Kraftfelder genannt, weil die mechanische Energie konserviert wird, d.h. als solche erhalten bleibt. Ein solches Verhalten setzt voraus, dass die Bewegung ohne Reibungsverluste erfolgt, was bei makro- und mikrokosmischen Systemen (Himmels- körper, Elementarteilchen) gut erfüllt ist. Wird ein Körper, auf den die Schwerkraft von oben wirkt, über eine horizontale, raue Oberfläche gezogen, wirkt der Bewegung die Reibungskraft entgegen. Hier wird eben- falls im Sinne von Gleichung 5.1.4 Arbeit verrichtet, wobei diese aber nicht als poten- zielle Energie gespeichert wird, sondern durch die Reibung werden die Elementar- teilchen an der Reibungsfläche zu verstärkter Schwingung angeregt, die Temperatur steigt lokal an, und die geleistete Arbeit wird in thermische Energie umgewandelt. Man spricht hier von einem dissipativen Kraftfeld. In technischen Systemen sind die Potenzialfelder stets von Reibung und Widerstand überlagert, trotzdem bleibt die Gesamtenergie erhalten. Bei dissipativen Vorgängen er- folgt eine Umwandlung mechanischer oder elektrischer Energie in thermische Energie,