Energie und Arbeit. Von Dr. Carl Michalke. MICHALKE: Energie und Arbeit. Man unterschied früher physikalisch zwischen potentieller und kinetischer Energie. Unter der ersteren verstand man aufgespeicherte Energie. Eine Gewichtsmenge Kohle stellt einen bestimmten Energiewert dar. Ebenso enthält ein gehobenes Gewicht, Wasserdampf, in Kondensatoren aufgespeicherte elektrische Energie, magnetische Energie usw. genau berechenbare Energiewerte. Die kinetische, sich betätigende Energie bezieht sich auf einen Arbeitvorgang, der zu einer Zustandänderung, zur Aenderung des Energieinhalts führt. Entsprechende neuere Bezeichnungen sind Energie und Arbeit. Maßtechnisch sind sie gleichdimensional, d.h. beide lassen sich in gleichen Einheiten, z.B. kgm ausdrücken. Physikalisch mag es gerechtfertigt erscheinen, die einzelnen Zustände und Zustandänderungen begrifflich zu unterscheiden. In der Technik kann man aber stets mit einem Begriff auskommen. Im Gegenteil kann die Anschaulichkeit gewinnen, wenn technisch die Unterscheidung fallen gelassen wird. Auch dem Laien kann dadurch das Verständnis erleichtert werden, was für viele Vorgänge im bürgerlichen Leben von Vorteil ist, obwohl selbstverständlich nicht mit Rücksicht auf Gemeinverständlichkeit die Strenge in der Scheidung verschiedener Begriffe leiden darf. Im folgenden wird der Nachweis versucht, mit einem Begriff auszukommen, wobei es gleichgültig ist, ob man sich für den Ausdruck Energie oder Arbeit entschließt oder beide als gleichberechtigt zuläßt. Unter Arbeit im volkstümlichen Sinne wird sowohl die Tätigkeit des Arbeitens, also eine Handlung verstanden, die technisch als Leistung bezeichnet und in Kilowatt oder der älteren Einheit in Pferdestärken ausgedrückt werden kann, andererseits versteht man unter Arbeit auch das Ergebnis des Arbeitens, das man als Arbeitertrag bezeichnen könnte. Dieser Arbeitertrag kann in Kilowattstunden, in Meterkilogramm, in Kalorien oder dergleichen Einheiten gemessen werden. Wählt man als Einheitbezeichnung des Arbeitertrages die Kilowattstunde, so macht dies den Eindruck, als ob in der Einheit die Zeit enthalten ist, während die anderen gleichwertigen Einheiten unabhängig von der Zeit sind. Es kommt dies daher, daß bei Wahl der elektrischen Arbeiteinheit von der Leistung, dem Kilowatt, ausgegangen wird. Arbeit oder Energie sind tatsächlich unabhängig von der Zeit, während im Begriff „Arbeiten oder Leisten“ die Zeit enthalten ist. Arbeit und Leistung stehen bekanntlich in der Beziehung, daß Arbeit gleich dem Produkt von Leistung und Zeit ist. Arbeiten im technischen Sinne heißt umformen, es wird durch das Arbeiten eine Energie- oder Arbeitform in eine andere gleichartige oder ungleichartige übergeführt. Es entspricht der Aufnahme auf der einen Seite eine genau entsprechende Abnahme auf der anderen Seite. Man könnte sagen, die positive Arbeit ist gleich der negativen Arbeit. Wenn ein Pferd einen Wagen eine Strecke zieht, steht dem positiven Arbeitertrage, der mechanischen Arbeit, eine genau gleichwertige negative Arbeit, Verbrennung von Fett im tierischen Körper, entgegen. Dem verbrannten Zink im galvanischen Element steht eine dem Gewichtsverlust des Zinks genau entsprechende Zahl von Wattstunden gegenüber usw. Von Arbeit „erzeugung“, von Schaffen im Sinne von Erschaffen, kann also in technischer Beziehung keine Rede sein. Es handelt sich lediglich bei allem Arbeiten im Sinne von Leisten um ein Umformen, bei dem in der Regel außer der beabsichtigten Umformung noch gewissermaßen Nebenumformungen auftreten, die als Verluste bezeichnet werden. Wird beispielsweise elektrische Arbeit (ausgedrückt in Kilowattstunden) in einen Motor geschickt, so wird außer der gewünschten mechanischen Arbeit (in Kilowattstunden oder PS-Stunden) noch in unerwünschter Weise Wärmearbeit (in Kalorien) geleistet, durch die der Motor erwärmt wird, es werden Luftwirbel erzeugt, die schließlich wieder Wärme erzeugen usw. Unter Berücksichtigung dieser Verluste ist bei jedem Umwandlungsvorgang die gesamte positive Arbeit gleich der negativen. Dies gibt die Grundlage zur Berechnung der einzelnen Umwandlungsergebnisse. Insofern kann man vom Gesetz der Erhaltung der Arbeit sprechen. Die gegebenen Betrachtungen beziehen sich naturgemäß nur auf Arbeitformen, die sich letzten Endes in kgm ausdrücken lassen, nicht auf geistige Arbeiten, für die es ein Meßgerät und demgemäß eine Maßeinheit trotz aller Fortschritte der Psychotechnik noch nicht gibt, wofür also entsprechende Gesetze nicht aufgestellt werden können. Durch das Arbeiten wird der Energie- oder Arbeitinhalt durch Entnahme oder Zuführung von Arbeit dem Arbeitertrage auf der einen Seite vermindert, auf der anderen vermehrt. Es handelt sich darum, ob es wünschenswert oder überflüssig ist, den Arbeitinhalt vom Arbeitertrage zu unterscheiden und ersteren etwa mit Energie, letzteren mit Arbeit zu bezeichnen. Will man den gesamten Arbeitinhalt eines Körpers aufnehmen, so kommt man zu riesigen und dabei ganz unsicheren Zahlenwerten, die zudem für die Technik keinerlei Bedeutung haben. Um den gesamten Arbeitinhalt zu bestimmen, muß man ihn in Beziehung zum Nullwert bringen, also in Beziehung zu einem Zustande, in dem der Körper keinerlei Arbeit mehr abgeben kann, zum Zustand der vollkommenen Ruhe, des vollkommenen Nichts. Beispielsweise hat eine Wassermenge auf einem Berge bei stetigem gleichen Zu- und Abfluß einen Arbeitinhalt, der sich aus verschiedenen Größen zusammensetzt. Im Herabfallen kann das Wasser mechanische Arbeit leisten. Schon hierbei stößt man auf Unsicherheit. Praktisch verwertbar ist im allgemeinen nur das Gefälle bis zum Tal. Das ausnutzbare Gefälle kann verstärkt werden, wenn Rohrleitungen bis in die Ebene oder bis etwa Meereshöhe geführt werden, soweit ein Wegführen der herabfallenden Wassermenge möglich ist. Aber das gibt noch nicht den ganzen mechanischen Arbeitinhalt. Theoretisch müßte man das Gefälle bis zum Erdmittelpunkt in Betracht ziehen. Außerdem hat wärmetechnisch das Wasser noch Arbeitinhalt. Dieser ist gleich der Arbeit, die aufzuwenden ist, um das Wasser von 0° absoluter Temperatur auf den natürlichen Wärmegrad zu bringen, wobei noch die Arbeit zu berücksichtigen ist, durch die das Wasser aus dem festen in den flüssigen Zustand zu überführen ist. Dieser Arbeitinhalt ist technisch nicht zu verwerten, obwohl er z.B. klimatisch zum Wärmeausgleich in Betracht kommt. Man könnte ferner noch den großen Arbeitinhalt berücksichtigen, der in den Wassermolekeln steckt. Nur ein kleiner Teil des gesamten Arbeitinhaltes ist ausnutzbar. Es wäre daher nur für den technisch ausnutzbaren Teil des Arbeitinhaltes eine besondere Bezeichnung gerechtfertigt. Zur Aenderung eines Arbeitsinhaltes ist eine Zeit nötig. Dieses Aendern ist das „Arbeiten“, dessen Ergebnis der Arbeitertrag ist. Der Arbeitertrag nach dem zeitlichen Verlauf des „Arbeitend“ ist demnach der Unterschied des Arbeitinhalts am Anfang und am Ende des Arbeitvorgangs. Der Arbeitertrag als Ergebnis des Arbeitens ist demnach ein Teilertrag des gesamten Arbeitinhalts, soweit dieser verwertbar oder, allgemein ausgedrückt, soweit er umformbar ist. Bezeichnet man diesen Teilbetrag, das Ergebnis des Arbeitens, den Arbeitertrag mit dem Ausdruck „Arbeit“, so liegt für den Techniker kein zwingender Grund vor, den gesamten Arbeitinhalt grundsätzlich anders zu benennen, Man könnte hier einwenden, daß ähnliche Verhältnisse bei den elektrotechnischen Begriffen von elektrischem Potential oder Spannungszustand und Potentialunterschied oder Spannung vorliegen. Wenn beim Unterschied zweier Potentiale P1 – P2 der eine Wert etwa P2 Null wird, so gehen die Begriffe von Potential und Spannung ineinander über, man kann vom Potential P1 als Grenzwert der Spannung gegenüber dem Nullpotential sprechen. Bei Arbeitinhalt und Arbeitertrag handelt es sich aber um wesengleiche Begriffe von Ganzen und Teilen, weshalb eine unterschiedliche Benennung nicht erforderlich erscheint. Es wurde vielfach auch die Energie als die Fähigkeit bezeichnet, Arbeit zu leisten, als Arbeitsvermögen, wofür auch schon das Wort „Macht“ vorgeschlagen, aber wieder verworfen wurde. In dieser Weise würde eine Eigenschaft gekennzeichnet sein, die dem Arbeitinhalt anhaftet. Sie besagt, daß der gesamte Arbeitinhalt oder ein Teil davon umgeformt werden kann, daß also z.B. der Arbeitinhalt von einem Körper auf einen anderen in veränderter Form übergeführt werden kann oder, wie Wechselstrom sich durch Transformatoren in solchen, anderer Spannung, durch Periodenumformer in solchen anderer Frequenz, umformen läßt. Die Worte „Arbeitvermögen“, „Macht“ können als Eigenschaft keine etwa in mkg darstellbare Einheit bezeichnen. Man müßte sich dazu verstehen, als Arbeitvermögen den Bruchteil des Arbeitinhaltes zu bezeichnen, der technisch ausnutzbar ist. Ein Vorrat Kohle möge benutzt werden, um mittels Dampfmaschine einen Hochbehälter mit Wasser zu füllen. Der Arbeitinhalt der Kohle besitzt die „Fähigkeit, Arbeit zu leisten“. In der Zeit der Arbeitleistung (ausgedrückt in kgm/sek) wird Wasser gehoben. Das Gewicht des Wassers, multipliziert mit der Hubhöhe, stellt die geleistete Arbeit dar. Ist der Behälter gefüllt, enthält er einen Arbeitinhalt, der seinerseits wieder die Fähigkeit hat, Arbeit zu leisten. Es ist doch nicht notwendig, die geleistete Arbeit, solange noch eine Zustandänderung stattfindet, d.h. solange sich der Arbeitinhalt noch ändert, anders zu benennen als vom Zeitpunkt an, in dem der Arbeitinhalt sich nicht mehr ändert, und er als Arbeitspeicher dienen kann, d.h. bei dem gewählten Beispiel, wenn der Behälter genügend gefüllt ist. Es liegt keine zwingende Veranlassung vor, daß man den Arbeitertrag, d.h. Wassergewicht mal Hubhöhe „Arbeit“ nennt und diese Arbeit, da sie die Fähigkeit besitzt, den ganzen Arbeitinhalt oder einen Teil wieder für eine andere Arbeitform abzugeben, Energie nennt. Eine strenge Unterscheidung ist nicht nötig, erhöht auch nicht die Klarheit. Man kann daher unterscheiden „Arbeitinhalt“ als Gesamtinhalt ausnutzbarer und nicht ausnutzbarer Energie oder Arbeit, „Arbeitvermögen“ als Zahl, die den Bruchteil der Verwertbarkeit des Arbeitinhalts darstellt und „Arbeitertrag“ als Unterschied des Arbeitinhalts vor und nach dem „Arbeiten“. Wenn für Arbeitvermögen in der erläuterten Fassung der verwertbare Bruchteil des gesamten Arbeitinhalts verstanden wird, so kann man die drei Ausdrücke, die gleichwertige gleichdimensionale Größen darstellen, einheitlich mit Arbeit oder Energie bezeichnen.Daß die Ausdrücke gleichdimensionale Größen darstellen, wäre an sich noch kein Grund, sie gleich zu benennen. Beispielsweise ist auch das Drehmoment gleichdimensional mit einer Arbeit. Elektrische Kapazitäten und Längen können gleichartig in cm gemessen werden. Lichtstrom und Leuchtstärke sind gleichfalls gleichdimensional. Am deutschen Worte „Arbeit“ für „Energie“ wurde vielfach Anstoß genommen, weil volkstümlich der Begriff der Arbeit nicht eindeutig ist und im Volk mit dem Begriff von Arbeit stets die Vorstellung einer Zustandänderung als Ergebnis des Arbeitens verstanden wird, während der Begriff des Arbeitinhalts ganz allgemein ohne Rücksicht auf etwaige Veränderungen des Zustands gilt. Arbeitinhalt und Arbeitertrag sind im praktischen Leben oft schwer zu trennen und gehen häufig ineinander über, so daß eine Unterscheidung in Energie und Arbeit die Uebersicht erschweren kann. Beispielsweise war in der Rechtspflege Diebstahl von Elektrizität schwer zu erfassen, während für Diebstahl von Kohle als einer beweglichen Sache ein Strafgesetzparagraph vorhanden war. Kohle ist aber im Sinne der gemachten Ausführungen gleichwertig mit Arbeitinhalt, bisher Energie genannt, Kilowattstunden mit Arbeitertrag, bisher Arbeit genannt, da bei ersterem keine Zustandänderung mit der Zeit verbunden ist, während die Kilowattstunden während ihrer Wirkung mit Zustandänderung verbunden sind. Beides benennt man daher vorteilhaft mit Energie oder Arbeit, die sich in kgm ausdrücken läßt. Würde allgemein eine Straffestsetzung für Diebstahl von Energie oder Arbeit gemacht werden, die sich letzten Endes in kgm ausdrücken läßt, so ist der Diebstahl von 1 kg Kohle, die bei verlustloser Umsetzung etwa 8 Kilowattstunden entsprechen würde, gleich zu beurteilen, wie der Diebstahl von Elektrizität. Wer als blinder Passagier an einer Fahrt teilnimmt, hat Arbeitertrag, kurz Arbeit oder Energie entwendet, die für seine Fahrt mehr verbraucht wurde, die sich genau ausrechnen läßt, sei es als Mehrverbrauch von Kohle, Benzin oder einem anderen Brennstoff, Mehrverbrauch von herabfallendem Wasser, bei tierischer Zugkraft Mehrverbrauch an Fett im tierischen Organismus usw. Dieser Verbrauch kann in irgend einer der Arbeiteinheiten ausgedrückt werden. So lassen sich viele andere Beispiele finden, die vereinfachte Klärung herbeizuführen, wenn nur mit dem einen Begriff Arbeit oder Energie gerechnet wird.