Gesamtenergie

Gesamtenergie bezeichnet in der Physik die Energiemenge, die einem System insgesamt zugeordnet wird. Sie umfasst je nach Kontext verschiedene Anteile. In der klassischen Mechanik besteht sie typischerweise aus der kinetischen Energie T und der potenziellen Energie V, so dass E = T + V gilt. Die kinetische Energie ist T = 1/2 m v^2, die potenzielle Energie hängt von der Lage im Kraftfeld ab (z. B. Gravitations- oder Federpotential). Die Gesamtenergie bleibt konstant, solange keine äußeren Arbeiten erfolgen.

In der Thermodynamik und in der Statistik kann die Gesamtenergie zusätzlich die innere Energie U eines Systems umfassen; in offenen Systemen können weitere Energiemodalitäten wie chemische oder latente Energie dazukommen. In der Relativitätstheorie hängt die Definition der Gesamtenergie vom Kontext ab: In der speziellen Relativität gilt E^2 = (pc)^2 + (mc^2)^2, und im nichtrelativistischen Limit E ≈ mc^2 + T. Die Gesamtenergie kann also die Ruheenergie mc^2 und die kinetische Energie einschließen.

Die Gesamtenergie ist in abgeschlossenen Systemen eine Konstante (Energieerhaltung), was eng mit der Zeitinvarianz der zugrundeliegenden Gesetze verknüpft ist (Noether-Theorem). In der Allgemeinen Relativität ist eine globaleDefinition der Gesamtenergie nicht eindeutig; es gibt Begriffe wie ADM-Energie oder Komar-Masse als quasi-lokale Größen.

In der Quantenmechanik entspricht die Gesamtenergie dem Erwartungswert bzw. den Spektralwerten des Hamiltonoperators; Energieeigenzustände beschreiben stationäre Zustände des Systems.