Energie und Masse

Wissenschaft Physik
#1

Hallo

Ich hab grade den Artikel „ist eine volle harddisk schwerer als eine leere“ gelesen und hab nun folgende Frage:
Kann man Energie tatsächlich wiegen?

Denn wenn ich bei einer Massenmessung auch die Energie mitbekomme, dann könnte ich ja zB bei Atomkernen keinen Massendefekt feststellen; ein Massenspektrograph liefert aber ja gerade deswegen verschiedene Massen, weil ja gewisse Anteile and er Teilchenmasse in Bindungsnergie umgewandelt werden und er diese dann nicht mehr messen kann - oder?

Anderes Beispiel: bei manchen Schwarzen Löchern steckt ja angeblich bis zu 20% der Masse in Form von Energie in der Rotation des Lochs; Bewirken diese 20% aber nun auch eine Schwerkraft - sie sind ja eigentlich nur als Energie, nicht als Masse vorhanden (aber laut Algemeiner Relativität wirkt glaub ich ja auch Energie gravitativ).

In welchen Fällen liefert mir also nun eine Messenmesung auch die drinsteckende Energie in Form ihres Messenäquivalents?

#2

Hallo Koachim,
mit einer konventionellen Waage dürfte es tatsächlich Probleme geben, Energie zu wiegen.
Es gab im 19/Anfang 20. Jahrhundert einen ungarischen Baron (Eötvös), der sehr präzise Messungen durchführte und als man 50 Jahre später versuchte, seine Versuchanordnung wieder aufzubauen (was nur teilweise gelang), stellte man fest, daß seine Waagen so präzise waren, daß sie bei einer nur zehnmal größeren Genauigkeit die Energieänderung bei chemischen Reaktionen hätte messen können.

Aber e = m c2 gilt und man kann es mittlerweile mit mehreren Experimenten belegen.

Gandalf

#3

Hallo!

Denn wenn ich bei einer Massenmessung auch die Energie
mitbekomme, dann könnte ich ja zB bei Atomkernen keinen
Massendefekt feststellen; ein Massenspektrograph liefert aber
ja gerade deswegen verschiedene Massen, weil ja gewisse
Anteile and er Teilchenmasse in Bindungsnergie umgewandelt
werden und er diese dann nicht mehr messen kann - oder?

Ein 4He-Kern ist leichter als zwei 2D-Kernen, obwohl er aus den gleichen Bestandteilen besteht. Dabei ändert sich die Ruhemasse der Bestandteile nicht. Aber bei der Fusion wird Bindungsenergie freigesetzt. Deswegen hat Helium eine geringere Energie als zweimal Deuterium. Geringere Energie bedeutet: geringere Masse.

(Vielleicht hast Du folgendes übersehen: Bindungsenergie sind negativ. Bei der Reaktion 2 2D -> 4He wird die Bindungsenergie negativer, also kleiner. Anschaulich ist es vergleichbar mit einem Golfball, der in ein Loch fällt. Der Golfball hat auf dem Green eine potenzielle Energie von 0 und kann sich frei bewegen. Sobald er ins Loch fällt, verliert er potenzielle Energie (d. h. danach hat er negative potenzielle Energie) und ist sozusagen gebunden.)

In welchen Fällen liefert mir also nun eine Messenmesung auch
die drinsteckende Energie in Form ihres Messenäquivalents?

In allen Fällen, die ich kenne. Ich wüsste nicht, dass es eine Messmethode gibt, die nur die „reine Ruhemasse“ misst - was auch immer das sein mag.

Gruß, Michael

#4

Also dann kann man…
… nun tatsächlich mit einer Waage nur Masse, aber keine Energie (bzw. deren Massenäquivalent) messen?!

#5

Hallo!

Tut mir leid, aber ich finde Deine Erklärung ziemlich unverständlich.
Du sagst einerseits, dass eine Massenmessung auch die drinsteckende Energie liefert …

(In welchen Fällen liefert mir also nun eine Messenmesung auch
die drinsteckende Energie in Form ihres Messenäquivalents?

In allen Fällen, die ich kenne. Ich wüsste nicht, dass es eine Messmethode gibt, die nur die „reine Ruhemasse“ misst - was auch immer das sein mag.
)
… aber gerade dann dürfte man ja keinen Unterschied in den Massen von 2 Deuterium und einem He erkennen.

Auch dass Bindungsenergie negativ ist, ist ja nur eine reine Konvention. In manchen Kernphysikbüchern ist sie positiv definiert.

#6

Moin Joachim,

… nun tatsächlich mit einer Waage nur Masse, aber keine
Energie (bzw. deren Massenäquivalent) messen?!

sagen wir es so:
theoretisch könnte man es, wenn man Waagen hätte, die präzise genug sind.
Aber das Beispiel von Michael Bauer ist das klassische um zu belegen, daß bei einer Reaktion (hier allerdings eine physikalische bzw. eien Kernreaktion) merkbar Masse in Energie umgewandelt wird.

Ich versuch es mal etwas anders.
Nimm die Masse eines Proton und die eines Neutrons.
Dann addiere diese Massen für ein bestimmtes Nuklid, z.B. Helium 4 (also zwei mal proton undzweimal Neutron).
Dann vergleiche dieses Ergebniss mit der Masse des real exitierenden Helium 4.
Dessen Masse ist geringer als die Summe der Massen der freien Protonen und Neutronen.
Diese Differenz ist als Energie bei der Fusion freigesetzt worden.

Klarer?

Gandalf