Diskussion:Äquivalenz von Masse und Energie

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Dieser Artikel wurde im März 2011 in der Qualitätssicherung der Redaktion Physik unter dem Titel "Masse und Äquivalenz von Masse und Energie" diskutiert. Du findest die Diskussion entweder am ursprünglichen Ort oder im Archiv, andernfalls kannst du sie hier suchen.

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Beispiel der Einleitung[Bearbeiten]

In der Einleitung steht: "So entspricht beispielsweise die Energie einer Masse von 1 kg dem mehrjährigen Betrieb eines großen Kraftwerks." Damit soll veranschaulicht werden, dass "Energieumsätze, wie sie im Alltag typisch sind, mit nur kleinen, kaum messbaren Änderungen der Masse" einhergehen. Nun halte ich den mehrjährigen Betrieb eines großen Kraftwerks nicht für einen alltäglichen Energieumsatz und 1 kg nicht für eine sehr kleine Masse. Außerdem wird nicht die Kleinheit des Massenunterschieds dargestellt, sondern die Größe des Energieumsatzes. Langer Rede kurzer Sinn: Das Beispiel passt nicht.

Gegenvorschlag: "So entspricht die Brennenergie, die in der Tankfüllung eines typischen PKWs enthalten ist, lediglich einem Massenunterschied von ca. 0,03 Milligramm." (Wer es nachrechnen möchte: Ich habe ein Tankvolumen von 70 Liter angenommen, einen Heizwert von 42 MJ/kg und eine Dichte von 0,82 kg/l (jeweils für Diesel-Kraftstoff)). --Pyrrhocorax (Diskussion) 20:59, 27. Sep. 2014 (CEST)

Die Kritik am Kraftwerksbeispiel kann ich nachvollziehen. Bei der Sonne war es noch unanschaulicher. Ein am Alltag orientiertes Beispiel ist eine gute Idee. Die konkrete Formulierung könnte noch etwas optimiert werden. Kleinigkeiten wären "mg" statt "Miligramm" und "etwa" statt "ca.". Beim "Masseunterschied" fragt man sich unwillkürlich zwischen was der Unterschied genommen wird. Die korrekte Antwort bezieht auch den Sauerstoff der Luft ein. So weit ins Detail möchte man in der Einleitung aber nicht gehen. Also lieber nur "Masse" wie bei Kraftwerksbeispiel.
Die "Brennenergie" gefällt mir nicht. Es fängt damit an, das wir zu Brennenergie noch nicht einmal eine Weiterleitung haben. Außerdem braucht man zur Verbrennung immer auch den Sauerstoff. Die Energie steckt in der Kombination beider Reaktionspartner, nicht nur in einem. Man ist beim Auto nicht hauptsächlich an der Verbrennung interessiert, sondern am mechanischer Arbeit. Mir fällt allerdings auch keine Formulierung ein, die das prägnant ausdrückt.
Den letzten Punkt könnte man umschiffen, indem man als Beispiel die Heizung einer Wohnung mit Heizöl nimmt. Das hat den Vorteil, dass man als Maß für die Energie den Brennwert nehmen kann. Außerdem nutzt man typischerweise tatsächlich direkt die thermische Energie. Ein Heizöltank für ein Einfamilienhaus ist gut zehnmal so groß wie ein Autotank. Also landet man etwa 0.5 mg. Denke, das geht auch noch als gefühlt klein durch.---<)kmk(>- (Diskussion) 02:54, 29. Sep. 2014 (CEST)
Eben diese Bedenken, die Du äußerst, haben mich bewogen, den Vorschlag erst einmal zur Diskussion zu stellen. Wäre ich meiner Sache sicher gewesen, hätte ich gleich editiert. Dein Vorschlag zum Heizöl hat aber ein paar Macken aus dem PKW-Beispiel auch nicht beseitigen können. Mal ein paar andere Vergleiche:
  • Der Energieunterschied von einem Kubikmeter siedendem Wasser und gefrierendem Wasser entspricht 0,005 mg. (Nachteil: Sowohl die Menge 1 Kubikmeter als auch die spezifische Wärmekapazität von Wasser werden von omA in der Regel unterschätzt. Man braucht verdammt viel Energie, um 1 m³ Wasser um 100 K zu erwärmen!)
  • Die elektrische Energie einer Autobatterie entspricht 0,00003 mg. (60 Ah bei 12 V. Nachteil: Viele Nullen hinter dem Komma)
  • Die im Schluchsee gespeicherte potentielle Energie entspricht 2,4 g. (Nachteile: extrem hohe, nicht alltägliche Energiemenge; ist potentielle Energie Teil der Ruheenergie???)--Pyrrhocorax (Diskussion) 12:05, 29. Sep. 2014 (CEST)
Die Autobatterie gefällt mir am besten. Von den vielen Nullen kommt man runter, wenn man die Massedifferenz als 0,03 µg angibt. Ich denke, ein Verständnis des Präfix µ darf man unserer Leserschaft noch zutrauen.---<)kmk(>- (Diskussion) 13:20, 29. Sep. 2014 (CEST)
Dann übernehme ich das mal ... --Pyrrhocorax (Diskussion) 14:20, 29. Sep. 2014 (CEST)
Zur potentiellen Energie: Ja, potentielle Energie ist Teil der Ruheenergie. Wobei man sich noch darüber unterhalten kann, ob man diese Energie nur dem Wasser im Stausee, oder auch der Erde zuschreibt. Formal sauber ist die potentielle Energie eine innere Energie des Systems Erde+Stausee-Wasser.---<)kmk(>- (Diskussion) 13:26, 29. Sep. 2014 (CEST)
Zu potentieller Energie: Nein, potentielle Energie ist nicht Teil der Ruheenergie. Auch wenn die Masse auf einem höheren Niveau ruht, wurde Arbeit verrichtet, die sich als Massenzuwachs wiederspiegelt. Ebenso wie eine sich in Ruhe befindliche gespannte Zugfeder einen (nicht messbaren) Massenzuwachs erfährt. LG Andre --195.230.165.220 21:37, 6. Okt. 2015 (CEST)
Mit Deinem zweiten Satz widersprichst Du Deinem ersten Satz.---<)kmk(>- (Diskussion) 03:22, 7. Okt. 2015 (CEST)
Zur potentiellen Energie: Wir betrachten zwei massegleiche Körper A und B in Meereshöhe. Körper B wird auf den Mount Everest gebracht. Dann hat Körper B eine höhere Masse als Körper A, da Körper B eine um den Betrag mgh höhere Energie hat, die sich im Massenäquivalent Delta_m=mgh/c^2 (vereinfacht) als zusätzliche Masse bemerkbar macht.
Das ist begrifflich falsch. Was sich erhöht, ist die Masse des Systems Erde+Körper. Bei Deiner Darstellung müsstest Du ja übrigens auch der Erde den gleichen Massenzuwachs andichten, und Erde+Körper also das doppelte. --jbn (Diskussion) 22:33, 13. Okt. 2015 (CEST)
Bei der gespannten Feder werden ebenfalls zwei massegleiche Federn betrachtet. Wird eine Feder gespannt, erhöht sich ihre Masse um den Betrag Delta_m = k Delta_l/c^2 (im Fall, dass das Hook'sche Gesetz anwendbar ist).
Das ist richtig. --jbn (Diskussion) 22:33, 13. Okt. 2015 (CEST)
Wenn die potentielle Energie Teil der Ruhemasse wäre, würde sie eine spezielle Form der Energie sein, da sie dann, im Gegensatz zur Bindungsenergie, bei Änderung zu keiner Massenänderung führen würde. LG Andre--195.230.165.220 21:34, 13. Okt. 2015 (CEST)
Da wird falsch in einen Topf geschmissen, ob die E_pot in einem äußeren Feld oder die E_pot der Bestandteile des Systems gegeneinander gemeint ist. Das sind gerade Deine Beipiele #1 bzw. #2. --jbn (Diskussion) 22:33, 13. Okt. 2015 (CEST)
Mit der Präzision wird "die Masse des Objekts X" nicht mehr sinnvoll definierbar (falls du anderer Ansicht bist, bitte eine konkrete Definition vorschlagen). Sinnvoll bleibt dann nur die Gesamtmasse des Systems "Erde+alles dabei" - und diese Masse erhöht sich natürlich, wenn man auf der Erde Körper den Mount Everest hochträgt. --mfb (Diskussion) 22:25, 13. Okt. 2015 (CEST)
Danke für die vielen Rückmeldungen, ich befürchte, ich bin einem Gedankenfehler unterlegen. LG Andre --195.230.165.220 21:15, 18. Okt. 2015 (CEST)
Eben. --Pyrrhocorax (Diskussion) 14:20, 29. Sep. 2014 (CEST)

Führen wir jetzt den Begriff Ruhemasse wieder ein? Kommentarlos, schon in der Einleitung? Nur mal so gefragt … Troubled @sset  Work    Talk    Mail   16:22, 29. Sep. 2014 (CEST)

Hoppla, war nur ein Versehen. Danke für den Hinweis. --Pyrrhocorax (Diskussion) 17:55, 29. Sep. 2014 (CEST)

Anforderungen an ein weblink beachten[Bearbeiten]

Nachdem ich gestern ein weblink entfernt habe, besteht kmk auf Wiederherstellung. Ich würde es aber sofort wieder entfernen. Bei dem link handelt es sich zwar um ein höchst lesenswertes Skript, aus dem man viel lernen kann, nur nichts über das Lemma. Damit jeder sehen kann, worum es geht, hier die einzige Stelle daraus, die das Thema wenigstens streift (aus der extra dafür angegebenen S. 52):

Gemäß (3.47) haben ruhende Teilchen die Energie E_Ruhe = mc^2 . (3.54) Dies ist wohl die berühmteste Gleichung der Physik. Auf ihr beruht die Erkenntnis, daß bei Umwandlung von Atomkernen durch Spaltung oder Verschmelzung Energien freigesetzt werden können, denn die Gesamtmasse der Kerne ist meßbar verschieden von der Summe der Einzelmassen. Der Massenunterschied beruht auf Bindungsenergie, die militärisch oder friedlich, zerstörerisch oder nutzbringend verwendet werden kann.

Es ist wirklich so:

  1. Das Lemma "Äquivalenz von Masse und Energie" kommt als Begriff im ganzen Skript nicht vor.
  2. "Äquivalenz" wird im Skript (außer im mathematischen Sinn) ausschließlich für die von träger zu schwerer Masse gebraucht.
  3. Das obige Zitat enthält den einzigen Hinweis, mit dem das Skript das Thema des Artikels berührt.

Ernst kann das wohl keiner meinen, dass dieses Textstück zur Hinführung, weiteren Erklärung u/o Vertiefung des Lemmas hilfreich sein kann. Und wenn es ein Witz sein sollte, dann ist es ein schlechter, dies den Lesern als weblink zum Lemma zu empfehlen. Zur eigenen Urteilsfindung mag die Liste der allgemeinen Anforderungen helfen (aus Wikipedia:Weblinks):

"Generell gilt:
  1. Die dort verlinkten Seiten müssen das genaue Artikelthema behandeln (nicht lediglich verwandte Themen),
  2. qualitativ hochwertig sein und
  3. Informationen enthalten, die (beispielsweise aus Platz- oder Aktualitätsgründen) nicht in den Artikel selbst integriert worden sind."

Ich sehe nur den 2. Punkt als erfüllt an. Ich wäre neugierig zu sehen, ob ich damit allein stehe. --jbn (Diskussion) 19:01, 3. Mai 2015 (CEST)

Nein, ich bin da recht nahe bei dir. Andererseits geht die Qualität eines Artikels nicht an einem solchen Weblink "zuviel" zugrunde, daher habe ich ja auch einen Kompromissvorschlag gemacht. Gegen eine Streichung hier (Einbau bei Masse, da passt das besser, oder?) habe ich aber nichts. Kein Einstein (Diskussion) 21:47, 3. Mai 2015 (CEST)
Zum Glück hatte ich in das Werk geschaut, bevor der Hinweis auf Seite 52 kam, sonst hätte ich nicht gesucht und Interessantes gefunden (etwa dass Energieerhaltung nur gilt, wenn die Metrik stationär ist). Es gibt geeignetere Artikel, in denen dieses Skript verlinkt werden kann. --Rainald62 (Diskussion) 03:11, 4. Mai 2015 (CEST)
So ist's, 10fach und schon längst erledigt. Siehe [1]--jbn (Diskussion) 10:49, 4. Mai 2015 (CEST)

Äquivalenz:Bedeutung[Bearbeiten]

Der gebräuchliche Ausdruck Äquivalenz von Masse und Energie würde eigentlich Gleichheit von Masse und Energie voraussetzen, d. h. E = m, dies ist jedoch nicht der Fall, bzw. nur für c = 1. Allgemein gilt für alle Wellen die Proportionalität von Wärme W (das ist Wellen-Energie) und dynamischer Masse m, siehe z. B. Leibniz mv² mit dynamische Masse (mit konstanter Masse ergäbe sich formal mv²/2), Dellingshausen "Grundzüge einer Vibrationstheorie der Natur (Leipzig 1872)" mc² https://de.wikipedia.org/wiki/Nikolai_Dellingshausen mc² wandte A. Wüllner 1869 (Experimentalphysik) auf Lichtwellen an.

Jnsblm (Diskussion) 18:17, 6. Aug. 2015 (CEST)

Nein, dann würde es heißen "Gleichheit von .." oder "Identität von ...". Das "mechanische Wärmeäquivalent" hat auch nie bedeutet, dass mechanische Energie und Wärme dasselbe sind. Solche Wortklaubereien wie am Anfangssatz obigen BEitrags sind nicht Wikipedia-tauglich. --jbn (Diskussion) 20:42, 6. Aug. 2015 (CEST)
Siehe dazu auch diese Diskussion aus dem Archiv! --Franz 23:53, 6. Aug. 2015 (CEST)
Danke für die Erinnerung! Und ich habe den 3. Satz weniger holperig gemacht und dabei das Stichwort Ruheenergiegleich mit untergebracht.--jbn (Diskussion) 12:33, 7. Aug. 2015 (CEST)

Paarerzeugung, Diracsee : falsche Änderungen und Löschungen[Bearbeiten]

Rainald und KaiMartin, Ihr scheint den springenden Punkt zu übersehen: ob die genaue Masse - nicht mehr, nicht weniger - eines Teilchens für Energieumsätze zur Verfügung steht, ist durch die Paarerzeugung noch nicht gezeigt worden. Warum nicht, das wurde in dem gelöschten Absatz richtig ausgeführt: weil dabei im Bild des Diracsees gar keine Masse vernichtet oder erzeugt wird. Vielmehr findet Umwandlung eines vorhandenen Seeteilchens (d.h. negativer Energie) in ein normales Teilchen statt, und dass das gerade den Bandabstand 2mc^2 an Energie kostet, liegt in der Diractheorie daran, dass die Gesamtenergie des Teilchens einen Summanden mc^2 einschließt. Auch dieser Summand mc^2 sagt noch nichts darüber aus, ob diese Größe irgendwie als Energie in anderer Form auftauchen könnte, solange man nicht die Erzeugung (oder Vernichtung) dieser Masse einbezieht. Genau diesen Gedanken hat als erster Fermi gehabt, allerdings ohne dass es ihm eine besondere Bemerkung wert gewesen wäre, leider. Also werde ich die betreffenden Teie wieder einfügen, sobald ich dazu komme, den offenbar zu sehr verborgenen Aspekt etwas klarer zu formulieren. --jbn (Diskussion) 14:51, 16. Aug. 2015 (CEST)

+1. Kein Einstein (Diskussion) 21:43, 16. Aug. 2015 (CEST)
Der Diracsee wirkt zwar anschaulich elegant, hat sich aber als nicht wirklich belastbares Modell erwiesen. Darüber ist man seit der QED und dem Standardmodell hinweg. Das ist ein bisschen ähnlich wie mit dem Bohrschen Atommodell.---<)kmk(>- (Diskussion) 11:59, 11. Nov. 2015 (CET)

Ich hab nun mal den ganzen Artikel in Kleinigkeiten gepflegt, auch die von mir kritisierten Stellen Soo schlimm kamen mir die Löschungen dann doch nicht mehr vor, ich habs nur wieder etwas verdeutlicht. --jbn (Diskussion) 23:14, 18. Aug. 2015 (CEST)

und noch einmal: die sog "relativistische Masse"[Bearbeiten]

Den ganze Abschnitt mit der Begründung zu löschen, der Gebrauch dieses Konzepts sei nicht belegt, ist schon mehr als abwegig. Lt. Ngramviewer war 2006 das Jahr mit den allermeisten Sichtungen. Also wieder ein damit! --jbn (Diskussion) 14:56, 16. Aug. 2015 (CEST)

Du meinst diese Löschung? Dass es "ältere" Lehrbücher sind kann man leicht anders formulieren. Natürlich sollte es keine zu große Redundanz zur relativistischen Masse geben, dieser Artikel hier liegt aber natürlich überlappend zwischen Masse und Energie, da ist das (in Maßen) didaktisch sinnvoll und gut vertretbar. Kein Einstein (Diskussion) 21:43, 16. Aug. 2015 (CEST)
Bis zum Beleg des Gegenteils bezweifele ich, dass es in Lehrbüchern üblich war, die relativistische Masse mit der Äquivalenz von Masse und Energie zu motivieren. Soweit mir bekannt, war der Aufhänger das Bedürfnis F=ma auch bei relativistischen Geschwindigkeiten zu erhalten.---<)kmk(>- (Diskussion) 23:36, 18. Aug. 2015 (CEST)

Ich könnte mir vorstellen, den Absatz zur vermaledeiten rel.MAsse bei MAsse (Physik) fast ganz rauszunehmen und hier einzufügen. Dann ist die Redundanz weg, und die rel.Masse hat bei Masse keinen eigenen Absatz mehr - ist doch beides gut, oder? --jbn (Diskussion) 23:18, 18. Aug. 2015 (CEST)

Das halte ich für keine gute Idee. Die "relativistische Masse" ist ein Versuch, mit einer umdefinierten Masse die Formeln der klassischen Physik relativistisch korrekt zu machen. Mit der Äquivalenz von Masse und Energie hat das erstmal wenig zu tun. Das ganze Thema ist im Masse-Artikel schon am besten aufgehoben. Ich sehe keinen Grund die relativistische Masse in jedem anderen Arikel, bei dem Masse vorkommt, erneut aufzuwärmen.---<)kmk(>- (Diskussion) 23:33, 18. Aug. 2015 (CEST)
Na, ums Wiederaufwärmen geht es mir ja nun gerade nicht. Mit der besseren Platzierung in Masse hast Du wohl recht. --jbn (Diskussion) 21:24, 19. Aug. 2015 (CEST)