Mechanik: Dynamik
Arbeit, Energie und Leistung
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Welche Energieformen gibt es? 

Energie beschreibt die Fähigkeit, Arbeit zu verrichten, Wärme abzugeben oder (Licht-)Strahlen auszusenden. Sie ist der Antrieb, damit bestimmte Vorgänge ablaufen können. Wenn du zum Beispiel etwas anhebst, Fahrrad fährst oder dein Handy auflädst, wird Energie genutzt. 

Die Energie tritt dabei nicht immer in der gleichen Form auf. Für das Anheben deiner Tasche benötigst du eine andere Form der Energie, als wenn du beispielsweise dein Handy auflädst.

Energie kann in den folgenden verschiedenen Formen vorkommen:

  • Bewegungsenergie (kinetische Energie)
  • Lageenergie (potenzielle Energie)
  • Spannenergie
  • Wärmeenergie (thermische Energie)
  • elektrische Energie
  • Strahlungsenergie (Lichtenergie)
  • chemische Energie
  • Kernenergie (nukleare Energie)

Alle Energieformen werden in der Einheit Joule gemessen.

Merke: Ein Objekt besitzt Energie, wenn es sich selbst oder etwas anderes schneller oder langsamer machen kann, erwärmen oder verformen kann.

Bewegungsenergie (kinetische Energie) 

Die Bewegungsenergie ist die Energie, die in etwas (Auto, Wasser, Luft, etc.) steckt, wenn es in Bewegung ist. Du kannst sie auch als kinetische Energie bezeichnen und der mechanischen Energie zuordnen.

Die Bewegung von Objekten beschreibst du durch ihre Geschwindigkeit. Dein Freund fährt beispielsweise mit seinem Fahrrad an dir vorbei. In ihm und dem Fahrrad steckt dann eine gewisse Bewegungsenergie. Ein weiteres typisches Beispiel ist das fahrende Auto.

Lageenergie (potenzielle Energie)

Die Lageenergie oder auch Höhenenergie ist die Energie, die in einem Objekt aufgrund seiner Lage steckt. Du kannst sie auch potenzielle Energie nennen und ebenfalls der mechanischen Energie zurechnen.

Wenn sich ein Objekt in einer erhöhten Position (oberhalb des Erdbodens) befindet, besitzt es eine bestimmte Lageenergie. So entsteht sie z. B. wenn du einen Tennisball in die Luft nach oben wirfst. Du kannst die Lageenergie aber auch verringern, indem du den Tennisball aus deiner Hand fallen lässt.

Weitere typische Beispiele sind der Wasserfall oder auch Stauseen. Das Wasser fällt hier auf eine niedrigere Höhe, wodurch sich die Lageenergie verringert.

Spannenergie

Die Spannenergie ist eine Form der potenziellen Energie und somit auch eine mechanische Energieform. Sie kommt durch die Verformung eines Körpers zustande.

Dabei steckt sie z. B. in einer zusammengedrückten oder auseinandergezogenen Feder. Die Feder besitzt also Energie, weil sie gespannt ist.

Wärmeenergie (thermische Energie) 

Die Wärmeenergie  ist eine innere Energie, die in der Bewegung von Atomen und Molekülen steckt. Du sprichst auch von thermischer Energie.

Zum Kochen von Wasser benötigst du beispielsweise die Wärmeenergie. Das Wasser muss eine Temperatur von ca. 100 °C erreichen, damit es anfängt zu kochen. Die Temperatur ist dabei eine Eigenschaft, die Objekte besitzen können. Eng damit verbunden, aber keine Eigenschaft, ist die Wärme. Die Energie, die deine Herdplatte in das Wasser steckt, nennst du dann Wärmeenergie.

Die Wärmeenergie beschreibt also die Bewegungsenergie der Atome und Moleküle, aus denen etwas (z. B. Wasser) besteht. Wichtig ist, dass die kinetische Energie nicht die Bewegung als Ganzes berücksichtigt. Sie beschreibt nur die ungeordnete Bewegung der atomaren „Bausteine“.

Elektrische Energie 

Die elektrische Energie ist die Energie, die sich mithilfe von Elektrizität (Strom) übertragen lässt. Mit einem Kabel kann sie so über große Entfernungen transportiert werden. Aus dem Grund wird elektrische Energie auch vielfältig genutzt, z. B. in Elektromotoren, Lampen oder Heizgeräten.

Allerdings hat sie den Nachteil, dass sie nicht in größeren Mengen gespeichert werden kann. So kann sie immer erst zum Zeitpunkt des Verbrauchs aus anderen Energieformen umgewandelt werden.

Strahlungsenergie (Lichtenergie)

Die Strahlungsenergie setzt sich aus elektromagnetischen Wellen zusammen. Die Wellen müssen dabei auf irgendeine Art und Weise die Umgebung beeinflussen, damit Vorgänge stattfinden können. In den Wellen steckt daher Energie, denn ansonsten wären sie dazu nicht in der Lage.

Die Energie des Lichts erkennst du z. B. bei einem Sonnenbrand. Die Lichtenergie der Sonne ist die Energieform, die in großen Mengen aus dem von der Sonne auf die Erde einströmt. Sonnenenergie ist deswegen stark abhängig von Wetter, Jahreszeit und Tag-Nacht-Rhythmus.

Chemische Energie 

Die chemische Energie ist die durch chemischen Reaktionen freisetzbare Energie. Du findest sie in sämtlichen Brennstoffen und Nahrungsmitteln vor. Durch die Verbrennung von Kohle, Öl oder Gas kann die chemisch gebundene Energie dann freigesetzt werden.

Die chemische Energieform kann größere Mengen an Energie speichern. Das liegt am geringen Volumen und Gewicht der Brennstoffe, was zu einer erhöhten Energiedichte führt.

Kernenergie (nukleare Energie) 

Bei Vorgängen wie der Kernspaltung oder der Kernfusion wird eine große Energiemenge freigesetzt, die du auch Kernenergie nennst. Atomkerne enthalten Neutronen und Protonen — zusammenfassend auch Nukleonen bezeichnet. Die Nukleonen werden durch Kernkräfte zusammengehalten. Werden sie zerlegt, entsteht Energie

Dabei solltest du aber auch die entstehende und sehr schädliche Radioaktivität sowie das Problem mit der Lagerung des radioaktiven Abfalls bedenken. 

Übersicht Energieformen 

Du kannst die verschiedenen Energieformen auch je nach Teilgebiet der Physik unterteilen.

Teilgebiet Energieform Beispiel
Mechanische Energie kinetische Energie fahrendes Auto
  potenzielle Energie Wasserfall
  Spannenergie gespannte Feder
Elektrische Energie elektrische Energie Blitz
Innere Energie thermische Energie heißes Wasser
  chemische Energie Kohle
  Kernenergie Kernkraftwerk
Strahlungsenergie Strahlungsenergie Sonne

Energieumwandlung

Alle Energieformen lassen sich ineinander umwandeln. Dabei bleibt die Menge an Energie immer gleich (Energieerhaltungssatz ). Energie kann also weder aus dem „Nichts“ erzeugt werden, noch vernichtet werden.

Die Energieumwandlung ist also ein Vorgang, bei dem Energie von einer Energieform in eine oder mehrere andere umgewandelt wird. Wie das genau funktioniert und was du dir unter einer Energieumwandlungskette vorstellen kannst, erfährst du in unserem Video . Bis gleich!

Zum Video: Energieumwandlung
Zum Video: Energieumwandlung

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