Energie-Rechner (Physik)
Kinetische Energie (½mv²), potenzielle Energie (mgh) und Arbeit (F×s) berechnen — mit Einheitsumrechnung in J, kJ, kWh, cal und eV. Für Schweizer Matura und Gymnasium.
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So verwenden Sie den Energie-Rechner
Der Rechner hat drei Tabs für die wichtigsten Energiearten:
- Kinetische Energie: Masse und Geschwindigkeit eingeben → Ekin = ½mv²
- Potenzielle Energie: Masse, Höhe und Erdbeschleunigung → Epot = mgh
- Arbeit: Kraft, Weg und Winkel → W = F × s × cos(α)
Alle Ergebnisse werden automatisch in J, kJ, kWh, kcal und eV umgerechnet — ideal für Physik-Aufgaben an Schweizer Gymnasien und für die Matura.
Physikalische Formeln
Wichtige Einheitenumrechnungen
- Joule (J): SI-Einheit der Energie. 1 J = 1 N·m = 1 W·s
- Kilowattstunde (kWh): Strombilanzierung. 1 kWh = 3.6 MJ
- Kalorie (cal/kcal): Ernährung und Thermodynamik. 1 kcal = 4184 J
- Elektronenvolt (eV): Atomphysik, Kernphysik. 1 eV = 1.602×10⁻¹⁹ J
Energie in der Schweizer Physikausbildung (Matura)
An Schweizer Gymnasien gehören diese Energiekonzepte zum Kernlehrplan der Physik:
- Energieerhaltungssatz: In einem abgeschlossenen System bleibt die Gesamtenergie konstant: Ekin + Epot = const.
- Leistung: P = W ÷ t (Watt = Joule pro Sekunde). 1 PS = 735.5 W.
- Wirkungsgrad: η = Nutzenergie ÷ Zugeführte Energie. Kein Gerät erreicht 100%.
- Maturaziel: Schülerinnen und Schüler können alle drei Energiearten berechnen und ineinander umrechnen.
Rechenbeispiele für die Matura
Masse: 80 kg (Fahrer + Velo), Geschwindigkeit: 30 km/h = 8.33 m/s
Ekin = ½ × 80 × 8.33² = 2 773 J = 2.77 kJ
Beispiel 2: Potenzielle Energie — Skifahrer
Masse: 75 kg, Höhenunterschied: 500 m, g = 9.81 m/s²
Epot = 75 × 9.81 × 500 = 367 875 J ≈ 368 kJ = 0.102 kWh
Beispiel 3: Arbeit — Kiste schieben
Kraft: 200 N, Weg: 10 m, Winkel: 30°
W = 200 × 10 × cos(30°) = 200 × 10 × 0.866 = 1 732 J
Nutzenergie: 855 J von 1'000 J
Häufige Fragen zum Energie-Rechner
Kinetische Energie (Ekin = ½mv²) ist die Energie eines sich bewegenden Körpers. Potenzielle Energie (Epot = mgh) ist Lageenergie. Der Energieerhaltungssatz besagt: Ekin + Epot = konstant (im geschlossenen System ohne Reibung). Beim freien Fall wandelt sich Epot vollständig in Ekin um.
1 kWh = 3 600 000 J (3.6 Megajoule). Umrechnung: kWh = J ÷ 3 600 000. Beispiel: 10 000 J = 0.00278 kWh. In der Praxis entspricht 1 kWh der Energie von 1 Kilowatt Leistung über 1 Stunde.
In der Physik ist Arbeit W = F × s × cos(α), wobei F die Kraft in Newton, s der Weg in Metern und α der Winkel zwischen Kraft und Bewegungsrichtung ist. Bei α = 0° (Kraft und Weg in derselben Richtung) ist W = F × s. Bei α = 90° wird keine Arbeit verrichtet.
In der Schweiz beträgt g ≈ 9.807 m/s² (Mittelland, ca. 500 m ü. M.). Für Schulberechnungen wird g = 9.81 m/s² verwendet. Der Wert variiert leicht je nach Breitengrad und Höhe, was für alltägliche Berechnungen vernachlässigbar ist.
1 kcal (Kilokalorien) = 4 184 J. 1 cal = 4.184 J. 100 kcal = 418 400 J = 0.116 kWh. Ein Mensch verbraucht ca. 2 000–2 500 kcal/Tag = 8.4–10.5 MJ. Diese Umrechnung gehört zum Standardstoff an Schweizer Gymnasien.