Energie

Energie ist eine der zentralen Größen der Physik. Energie kennzeichnet einen Zustand, Energie gibt das Arbeitsvermögen eines Körpers an.

Dabei kann Energie in verschiedenen Formen auftreten.

Energie kann nicht erzeugt und nicht vernichtet werden. Energie kann nur übertragen oder aus anderen Energieformen umgewandelt werden.      S E = konstant (Energieerhaltungssatz)

Energieflussdiagramme

Energie kann einem System auf verschiedene Weisen zugeführt werden. Das Auto benötigt Kraftstoff, also chemische Energie. Wenn ihr arbeitet, dann benötigt ihr auch chemische Energie, die ihr aus den Nährstoffen der Nahrung zieht.

Ein Teil dieser zugeführten Energie wird in nicht nutzbare Energieformen umgewandelt.

 

Beispiele:

Ein Motor dreht sich und wird auch warm. Neben der Bewegung wird aber auch die Wärme aus der Energieumwandlung gewonnen. Hier ist die Wärme entwertete Energie.

 

Eine Lampe soll leuchten.  Leuchtet die Lampe, so strahlt sie aber auch Wärme ab. Diese  Wärmeenergie ist entwertete Energie.

Das Verhältnis von genutzter Energie zur zugeführten Energie ist der Wirkungsgrad h.

Je größer der Anteil der genutzten Energie, desto größer der Wirkungsgrad.

Zurück zum Beispiel Glühlampe: "Normale" Glühlampen werden sehr warm, sie haben einen kleineren Wirkungsgrad als Leuchtstoffröhren oder Energiesparlampen.

Der Wirkungsgrad h ist eine Zahl, er kann Werte zwischen 0 und 1 annehmen. Je größer der Wirkungsgrad h,  desto geringer die Verluste. Wirkungsgrad 1 bedeutet keine Verluste. Dieser Wert kann jedoch praktisch nicht erreicht werden.

F Wirkungsgrade einiger Maschinen

 

Energiekontenmodell

Energiekontenmodelle stellen die Beziehung zwischen den umzuwandelnden Energien dar. Die Summe der einzelnen Energien ist dabei stets gleich der Gesamtenergie.

Rollt die Kugel den Berg hinab, dann verliert sie Lageenergie. Diese Lageenergie wird in Bewegungsenergie umgewandelt.

    S E = konstant (Energieerhaltungssatz)

Reibungseinflüsse blieben bei der Animation unberücksichtigt.
F EXCEL Animation Kugel am Hang

F EXCEL Animation Pendel

Eine weitere Energieart ist die thermische Energie. Sie entsteht bei der Verbrennung von Energieträgern wie Kohle oder Gas. Die thermische Energie ist in der ungeordneten Bewegung der Atome oder Moleküle eines Stoffes gespeichert. Wenn z.B. Kohle oder Gas in einem Kraftwerk verbrannt wird, dann entsteht Wärme. Diese Wärme wird zur Erhitzung von Wasser genutzt wird. Das Wasser verdampft und der entstandene Dampf treibt eine Turbine an. Thermische Energie wird in Bewegungsenergie umgewandelt. Ein Generator verwandelt die thermische Energie in elektrische Energie um. Allerdings werden die fossilen Brennstoffe in nicht allzu ferner Zukunft aufgebraucht sein, sodass auf Alternativen zurückgegriffen werden muss. Außerdem ist die Verbrennung der herkömmlichen Brennstoffe durch die frei werdenden Gase schädlich für die Umwelt. Eine dieser Alternativen ist es, unseren Abfall zur Verwertung zu nutzen. Beispielsweise auf der Seite von EEW findet man weitere Informationen zum Thema und erfährt, wie das funktioniert.  In Deutschland fallen pro Jahr und pro Kopf ca. 600 Kilogramm Abfall an, sodass hier viel Material zur Energiegewinnung vorhanden ist. Auch wenn es nicht gut ist, dass auch so viele Lebensmittel weggeworfen werden, so ist ihre Verbrennung umweltfreundlicher als die Verbrennung fossiler Energieträger.
   
Beschreiben das Experiment und erkläre, warum die Schülerin keine Angst um ihre Nase haben muss!

F Fadenpendel (wmv, 280 kB)

F Fadenpendel (rm, 350 kB)

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