8.1.4 Energie, Leistung und Intensität



Für die Erzeugung von mechanischen Wellen ist immer eine Anregung (z.B. Auslenkung) des Ausbreitungsmediums notwendig, bei der dem Medium Energie übertragen wird. Diese Energie wird dann mit konstanter Geschwindigkeit durch das Medium transportiert. Dabei erfolgt eine ständige Umwandlung zwischen potentieller und kinetischer Energie, deren Summe konstant bleibt, solange keine Dämpfung (z.B. Absorption) im Medium auftritt. Die Erzeugung von elektromagnetischen Wellen erfolgt durch das Beschleunigen von Ladungen, deren Energie in Form von Strahlung (elektromagnetische Wechselfelder) abgegeben wird.

Bei den meisten technischen Anwendungen erfolgt die Anregung kontinuierlich durch eine Quelle (z.B. Lautsprecher, Lichtquelle, thermischer Strahler, Antenne, etc.) mit einer bestimmten Leistung (Energieabgabe pro Zeit).

Leistung
Definition P= W Δt   (W)
Wasserwelle P= ρg 16 c A2 L vgl. Abschnitt 8.1.150
Schallquelle P= p eff 2 Z0 S vgl. Abschnitt 8.1.9
Strahlungsquelle P= E ^ B ^ 2 μ0 S= E eff B eff μ0 S vgl. Abschnitt 8.1.11


Die von einer Wellenfront transportierte Energie verteilt sich auf der gesamten Fläche, die gerade durchströmt wird. Je nach Quelle kann dies eine ebene, zylindrische oder kugelförmige Oberfläche sein. Die Leistungsdichte (Energie pro Zeit pro Fläche) bzw. Intensität nimmt deshalb bei sich vergrößernden Flächen mit dem Abstand zur Quelle ab:

Intensität
Definition I= P S ( W m2 )
Flächenquelle Linienquelle Punktquelle
(ebene Welle) (zylinderförmige Welle) (kugelförmige Welle)
././Physikkurs/wellen_energie/images/energie01.png (C) ././Physikkurs/wellen_energie/images/energie02.png (C) ././Physikkurs/wellen_energie/images/energie03.png (C)  
I= P S I(r)= P 2πrL I(r)= P 4π r2
Beispiel 8.1.16  
Ein Lautsprecher (Punktquelle) mit der elektrischen Leistung von P el =400W steht auf einem ebenen, nicht reflektierenden Boden und erzeugt im Abstand von 20m einen Schalldruckpegel von 90dB.
 
a) Wie groß ist der effektiv gemessene Schalldruck?
b) Wie groß ist die akustische Leistung des Lautsprechers?
c) Wie groß ist sein Wirkungsgrad?