Page - 164 - in Umwelt- und Bioressourcenmanagement für eine nachhaltige Zukunftsgestaltung

164 5 Umweltrelevante Systeme & Technologien zum Quadrat zu gewichten. Für eine zylindrische Scheibe mit Radius R, konstanter Dicke h und konstanter Dichte ρ, wie in Abbildung 5.1.5b illustriert, ergibt sich: 2 4 0 3 0 22 2 1 4 22 2 RmRhdrrh drhrrdVrI R r R rV Scheibe ⋅⋅= ⋅⋅⋅⋅ =⋅⋅⋅⋅⋅= =⋅⋅⋅⋅⋅⋅=⋅⋅= ∫ ∫∫ = = ρπρπ πρρ (5.1.16) Kinetische Energie kann, gemäß dieser Zusammenhänge, in Schwungrädern gespei- chert werden. In der Energietechnik sind rotierende Schwungmassen zur kurzzeiti- gen Energiespeicherung wichtig, z.B. zur Erreichung eines Gleichlaufs bei Kolben- maschinen. (a) (b) Abbildung 5.1.5: (a) Rotierende Masse und (b) Integration über den Radius zur Bestimmung der Drehmasse einer zylindrischen Scheibe 5.1.2.4 Energie in elektrischen Systemen Materie ist aus elektrisch geladenen Elementarteilchen aufgebaut: Negativ geladene Elektronen umgeben die positiv geladenen Atomkerne. In elektrischen Leitern wie Metallen ist ein Teil der Elektronen beweglich und kann zu benachbarten Atomen wandern. Wird nun in einem Leiter ein Elektronenüberschuss erzeugt und in einem anderen ein Elektronenmangel, spricht man von einer elektrischen Potenzialdifferenz zwischen diesen Polen oder einer elektrischen Spannung U. Einheit der Spannung ist das Volt (1 V). Werden die beiden Pole über einen elektrischen Leiter verbunden, dann bewegen sich die Ladungsträger, und es fließt elektrischer Strom I. Einheit des Stroms ist das Ampere (1 A). Für die elektrische Leistung ergibt sich in Analogie zur Mechanik (vgl. Gleichungen 5.1.6 und 5.1.14): IUP ⋅= (5.1.17) Die elektrische Arbeit, die einer Energiemenge entspricht, ergibt sich durch Inte- gration der Leistung über die Zeit, gemäß Gleichung 5.1.3. Werden zwei leitende Platten parallel zueinander so angeordnet, dass keine leitende Verbindung entsteht, und wird eine Spannung angelegt, bildet sich ein elektro-