Energie: Formen, Transport & Erhaltung

Energie ist unglaublich vielseitig und kann außerdem sehr viele verschiedene Formen annehmen. Energie lässt Pflanzen wachsen und sorgt dafür, dass die Erde von der Sonne erwärmt wird. Sie ist notwendig, um schwere Dinge anzuheben und treibt das elektrische Gerät an, auf welchem Du diesen Text gerade liest. 

Was ist Energie?

Energie ist eine Art Treibstoff, welche dafür sorgt, dass sich etwas bewegt, leuchtet oder wärmer wird. Dieser Treibstoff kann übertragen werden. Es gibt viele verschiedene Formen, in welchen Energie vorkommt. Es ist möglich, Energie zwischen diesen verschiedenen Formen umzuwandeln. 

Eigenschaften der Energie

Energie ist etwas, das zu einem Körper gehören kann. Sie ist eine Art Eigenschaft des Körpers, jedoch nicht dauerhaft. Am besten stellst Du dir vor, dass Energie im Körper gespeichert wird.

Man kann die Energie eines Körpers erhöhen oder verringern. Wenn man ein Auto beschleunigt, dann erhöht man dessen Energie. Beim Abbremsen wird die Energie des Autos wieder verringert.

Wenn man einen Gegenstand erwärmt, dann erhöht man dessen Energie. Beim Abkühlen wird die Energie wieder verringert.

Auch durch die Bewegung an einen höheren Standort kann Energie erhöhen: Beispielsweise wenn Du mit dem Fahrrad einen Berg hinauf fährst. Wenn Du dann wieder den Berg hinunterfährst, verringerst Du die Energie wieder. 

Energie kann auch von einem Körper auf einen anderen übertragen werden, Außerdem ist der Transport von Energie ebenfalls möglich. 

Energie wird, zum Beispiel, durch das Sonnenlicht transportiert, welches auf die Erde fällt. Der Strom, der durch die Steckdose in elektrische Geräte fließt, transportiert Energie. Auch der Teil der Energie, der fürs Erwärmen da ist, kann transportiert werden. Dies geschieht in den Rohren der Heizung.

Menschen denken sich seit sehr langer Zeit immer wieder neue Methoden aus, um Energie für ihre Zwecke nutzen zu können. Dazu gehören einfachere Vorhaben wie Kochen und Backen, wofür Wärme benötigt wird. Auch schwierigere Ziele, wie jede Menge Produkte mit großen Frachtschiffen über die Ozeane zu transportieren, benötigt Energie in Form eines starken Antriebs. Zuletzt benötigen technische Geräte ebenfalls Energie.

Energieformen 

Energie kommt in sehr unterschiedlichen Formen vor und kann, je nachdem, auch für ganz unterschiedliche Zwecke verwendet werden. Im Folgenden findest Du einen Überblick darüber, welche Energieformen es gibt und was diese auszeichnet.

Legende

Formelzeichen und Einheit

In der Physik ist es üblich, verschiedene Größen mit Variablen (also mit Buchstaben) zu bezeichnen. Energie ist eine physikalische Größe mit dem Formelzeichen $$E$$. Dies ist vor allem später beim Rechnen mit anderen Größen sehr nützlich.

Die Formelzeichen sind vor allem dafür hilfreich, um die genutzten Größen zu unterscheiden und die Dinge möglichst kurz und kompakt ausdrücken zu können. Es gibt noch einen weitern Vorteil: Dank der Formelzeichen kann man die Physik auch international verstehen, ohne dass es nötig wäre, alles zu übersetzen. Denn die Formelzeichen sind überall gleich. 

Weitere physikalische Größen, die du vermutlich schon kennst, sind die Länge , die Zeit und das Volumen. 

Physikalische Größen haben außerdem jeweils eine Einheit. Die Einheit der Länge ist Meter, die der Zeit Sekunden und die Einheit vom Volumen ist Kubikmeter. Nun lernst du noch die Einheit der Energie kennen: Joule. Dies wird abgekürzt als $$J$$. $$1 \ 000 \ J=1 \ kJ$$​​

Beispiele: 

Eine Glühbirne benötigt etwa $$18 \ kJ$$ Energie, um eine Stunde lang zu leuchten.

Ein Liter Benzin, enthält etwa $$44 \ 000 \ kJ=44 \ MJ$$ Energie. 

Eine Portion Nudeln enthält etwa $$1 \ 500 \ kJ$$ (also nur die Nudeln).

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Energiewandler

Energie kann von einer der oben genannten Energieformen in eine andere umgewandelt werden. Der Gegenstand, welcher dafür zuständig ist, wird als Energiewandler bezeichnet.

Beispiel:

Durch Verbrennung von Abfall wird in einem Kraftwerk Energie geworden. Hierbei wird also Wärmeenergie in elektrische Energie umgewandelt. Die elektrische Energie wandert nun mit dem Strom durch große Leitungen in Haushalte. In den Haushalten wird die Energie dann beispielsweise dazu genutzt, um die Lampen anzuschalten. Die Lampen wandeln nun die elektrische Energie in Strahlungsenergie (Lichtenergie) um. 

Die Energieumwandlung funktioniert also folgendermaßen:

$$\text{thermische Energie} \ \overrightarrow{\textit{Kraftwerk}} \ \text{elektrische Energie} \ \overrightarrow{\textit{Lampe}} \ \text{Strahlungsenergie}$$​​

Energietransport

Energie kann über verschiedene Medien transportiert werden. Einer der wichtigsten Energietransporteure ist das Sonnenlicht. Energie wird auf der Erde unter anderem durch Elektroleitungen transportiert. 

Es gibt allerdings auch Stoffe, die Energie für eine gewisse Zeit in sich speichern können. Dazu gehören die Brennstoffe, wie Kohle, Erdöl, Erdgas und Benzin. Erdöl wird durch Rohre transportiert, welche so lang sind, dass sie über mehrere Länder verlaufen. Diese speziellen Rohre nennt man Pipelines. 

Auch in mechanischen Geräten (wie Sägen) kann Energie transportiert werden oder durch Wärmeleitung (wie bei der Heizung). Durch Wellen kann Energie ebenfalls transportiert werden (wie bei Erdbeben) oder mithilfe von strömenden Stoffen (wie beim Wind, oder über Wasser).

Energiespeicher

Man kann Energie speichern. Dies geschieht in unterschiedlicher Menge und Effektivität. Es gibt außerdem große Unterschiede in dem Punkt, wie lange die Energie gespeichert bleiben kann.

Klassische Energiespeicher sind beispielsweise Batterien. In ihnen wird chemische Energie gespeichert, welche bei Bedarf in elektrische Energie umgewandelt werden kann. 

Ein weiterer Energiespeicher sind Sammlungen der Brennstoffe, wie Erdölfässer oder Benzinkanister. 

Thermische Energie kann man, wenn auch nur für kurze Zeit, in Thermoskannen oder Wärmflaschen speichern. 

Auch Höhenenergie kann man speichern: Dieses Prinzip wird bei Stauseen genutzt. Das Wasser, welches hinter solchen Staumauern gespeichert wird, enthält Höhenenergie. Diese kann man nutzen, wenn man die Staumauern öffnet und dann das fließende Wasser Wasserräder antreibt. 

Auch im (natürlicherweise vorhandenen) Körperfett wird Energie gespeichert. Diese wird vom Körper verbrannt in Zeiten der Nahrungsknappheit, um den Körper weiterhin mit Energie versorgen zu können. Tiere, wie Bären und Igel nutzen dies aus: Sie fressen sich in den wärmeren Jahreszeiten eine Fettschicht an, mit deren Hilfe sie einen Winterschlaf halten können und so überleben können, obwohl es im Winter für sie ein viel geringeres Nahrungsangebot gibt.

Es gibt allerdings auch Energieformen, die man nicht speichern kann. Dazu gehören Bewegungsenergie und Lichtenergie.

Regenerative Energiequellen

Brennstoffe, wie Erdöl und Erdgas, stehen auf der Erde nicht unbegrenzt zur Verfügung. Irgendwann werden die gesamten Vorräte verbrannt sein. Damit dies nicht zum Problem wird in der Energieversorgung, ist es besonders wichtig, auch auf Energiequellen zu setzen, die wiederhergestellt werden können, nämlich auf die regenerativen Energiequellen. 

Dazu gehören beispielsweise Windkraft, Solarenergie, die Bewegungsenergie von Wasser aus beispielsweise Flüssen und die Geothermie. Die Geothermie nutzt die Wärme, welche aus dem Inneren der Erde kommt, zur Energieversorgung.

Kann Energie verloren gehen?

Wenn man eine Schaukel auslenkt und dann loslässt, dann wendet man dazu zunächst Energie auf. Diese geht auf die Schaukel über und sorgt dafür, dass die Schaukel hin- und herschwingt. Die Erfahrung zeigt, dass die Schaukel niemals höher schwingt als bei der ersten Auslenkung, sofern man die Schaukel nicht nochmal antreibt. Energie kann sich also nicht vermehren. Aber kann sie verloren gehen?

Auch auf diese Frage lautet die Antwort nein. Jetzt wunderst Du dich vielleicht etwas. Die Erfahrung zeigt schließlich, dass die Schaukel langsamer wird und irgendwann ganz stehen bleibt. Das bedeutet allerdings nicht, dass die Energie dabei verloren geht. 

Beim hin- und herpendeln wandelt die Schaukel immer wieder Bewegungsenergie in Höhenenergie um und umgekehrt. Dabei wird allerdings ein weiterer kleiner Teil in Wärmeenergie umgewandelt, weil die Seile am Gerüst der Schaukel reiben an der Stelle, wo die Schaukel befestigt ist. Auch "stößt" die Schaukel immer wieder gegen die Luft und wird durch den Gegenwind abgebremst. Dieser ist zwar nicht besonders stark, aber es reicht vollkommen dafür aus, um die Schaukel innerhalb kurzer Zeit wieder vollständig abzubremsen. 

Energie kann transportiert werden und von einer Energieform in die andere umgewandelt werden, aber weder erzeugt werden noch verloren gehen.