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Energie - Was ist das eigentlich?


von HatTrick
14.05.2011
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Energie - Es ist der Begiff, der unser Zeitalter maßgeblich prägt. Alle reden von "Energie". Hier und dort hört man von "grüner Energie", "Kernenergie" oder auch "regenerativer Energie".

Doch was ist Energie und warum ist sie so wichtig? Welche Unterschiede und Begriffe sollte jeder verstehen, der an einer Diskussion über Energie ernsthaft teilnehmen möchte? Hier kommt ein Aufklärungsversuch!

Unter Energie versteht man physikalisch gesehen die Fähigkeit mechanische Arbeit zu verrichten, Wärme abzustrahlen oder Licht auszusenden. Energie kann mit der Einheit Joule [J] oder Newtonmeter [Nm] angeben werden. Die Einheit Nm ist zeitgleich auch die Einheit eines Drehmoments.

 

 

Wesentliche Energiearten, die man kennen sollte, sind:

Wärme, kinetische Energie (Bewegungsenergie), chemische Energie, elektrische Energie und potentielle Energie.

Was ist Kernenergie und wie funktioniert das?

Unter dem Begriff Kernenergie versteht man die Energie, welche beim Spalten  von Atomkernen freigesetzt wird (Kernspaltung). Es werden Elemente wie Uran oder Plutonium gespalten. Der Spaltvorgang ist prinzipiell ganz einfach: Man muss beispielsweise ein Uran 235 Atom mit einem Neutron beschießen und die Kettenreaktion anschließend mit einem "Moderator" unter Kontrolle halten. Dort wird die teilweise die Bewegungsenergie der gespaltenen Kerne in Wärmeenergie umgewandelt.

Viele Menschen berücksichtigen aber nicht die zweite Bedeutung von Kernenergie. Denn Kernenergie kann auch Kernfusion bedeuten. Das heißt, dass die Wasserstoffisotope Deuterium und Tritium unter hohen Temperaturen und Drücken miteinander zu Helium fusionieren. Diese "Verschmelzung" setzt eine ungeheure Energiemenge frei. Das ist auch der Vorgang, welcher im Inneren der Sonne stattfindet und somit den Sonnenstrahlen ihre Energie verleiht. Diese Art von Kernenergie erzeugt keine radioaktiven Spaltprodukte.

Was ist Wärme? Eine heiße Angelegenheit!

Viele Menschen verwechseln Wärme mit Temperatur. Der wesentliche Unterschied ist, dass Temperatur theoretisch die Bewegungsenergie eines Atoms beschreibt, während Wärme eine Form von Energie ist. Mit der Temperatur wird die "Schwingung" eines Atoms ausgedrückt. Je höher die Temperatur eines Stoffes ist, desto stärker schwingen die einzelnen Atome also. Um den Zusammenhang zu erläutern: Wenn zwei Gegenstände mit unterschiedlicher Temperatur sich berühren, fließt solange Wärme vom Gegenstand mit der höheren Temperatur zum Anderen, bis sich die Temperaturen im Gleichgewicht befinden.

Beispiel: Mit Wärme lässt sich beispielsweise die Temperatur von Wasser erhöhen, um mit Wasserdampf eine Turbine anzutreiben.

Bewegungsenergie? Eine schnelle Sache!

Der Begriff Bewegungsenergie ist nahezu selbsterklärend. Sobald sich eine Masse, bzw. ein Objekt in Bewegung befindet, also eine Geschwindigkeit hat, verfügt sie / es über Bewegungsenergie.

Beispiel: Der Wind vefügt also über Bewegungsenergie, welche zum Beispiel von Windrädern genutzt werden kann. Ebenso ein fahrendes Auto oder ein laufender Mensch.

Elektrische Energie? Das leuchtet ein!

Elektrische Energie kann Arbeit über Elektrizität verrichten. Das bedeutet, dass Elektrische Energie über "elektrischen Strom", "elektrische Felder" oder "elektrische Ladungen" Arbeit verrichten kann.

Beispiel: Elektrizität bringt also Glühbirnen zum leuchten und Elektromotoren zum Laufen.

Potentielle Energie? Das ist zu hoch für mich!

Mit der potentiellen Energie, auch "Energie der Lage" genannt, wird die Energie bezeichnet, über die eine Masse aufgrund ihrer Lage hat. Um ein Beispiel zu nennen: Wenn du eine Flasche Wasser auf dem Boden stellst, hat sie in diesem Fall keine potentielle Energie. Hebst du sie aber an und stellst sie auf deinen Tisch, dann hat sie potentielle Energie. Die Energie wird z.b freigesetzt, wenn die Flasche hinunterfällt.

Beispiel: Selbiges Prinzip wird auch zum "Energiespeichern" in Stauseen angewandt. Das bedeutet, dass Wasser in eine höhere Lage gepumpt wird und ihr somit potentielle Energie "zugefügt" wird. Diese Energie kann beim Hinunterfließen des Wassers wieder genutzt werden.

Und was ist nun bitte chemische Energie?

Unter chemischer Energie versteht man oftmals die Energie, oder die Wärme, welche beim verbrennen von chemischen Stoffen freigesetzt wird. Ganz alltägliche Beispiele sind das Verbrennen von Erdöl, Kohle und Erdgas.

Beispiel: Wenn man also Gas (z.B. Butan) von seinem Campingkocher verbrennt, um seine Suppe zu kochen, dann wird quasi chemische Energie freigesetzt.

Welche Begriffe sollte ich aus der technischen Nutzung von Energie kennen?

Folgende "Energiearten" werden der Kategorie der "Regenerativen Energien" untergeordnet:

Solarenergie: Das ist die Energie der Sonnenstrahlen. Sie kann z.B. mithilfe von Photovoltaikanlagen (Solarplatten) oder Parabolspiegeln genutzt werden.

Windenergie: Die Bewegungsenergie des Windes. Sie wird heutzutage von Windrädern genutzt, welche mit einem Generator Strom erzeugen.

Wasserkraft: Meist die Bewegungsenergie des Wassers. Sie wird oftmals zum Antreiben einer Turbine benutzt, welche mit einem Generator Strom erzeugt.

Erdwärme: Die Wärme im Erdinneren. Sie kann verwendet werden um Wasser zu erhitzen.

Kohlekraft und Gaskraft: Die Verbrennung von Kohle / Gas. Dieser Vorgang nutzt chemische Energie um Wärme freizusetzen.

 

 

Wissenswertes zum Thema Energie!

Nach gültigen physikalischen Gesetzen kann Energie nicht erzeugt werden. Es ist nur möglich eine Energieart in eine andere umzuwandeln.

Energie aus Batterien (nicht wiederaufladbar) kostet in etwa 10.000 Mal so viel wie Energie aus der Steckdose.

Steaks liefern die 4-fache Energiemenge wie TNT. Butter hat die 1,4-fache, Schokokekse sogar die 8-fache Energiemenge von TNT.

Benzin ist ein weitverbreiter Energieträger. Bezogen auf den Energiegehalt eines Kilogramms schlagen beispielsweise folgende Stoffe Benzin: Kernspaltung (Uran und Plutonium) ist 2 Millionen Mal so gut. Kernfusion (Wasserstoff) ist 6 Millionen Mal so gut.

 

Quellen: Eigene Unterrichtsunterlagen

                Richard A. Muller - Physik für alle, die mitreden wollen. 2009

                www.fantom-xp.com am 14.05.2011

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Kommentare (15)
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21.07.2011
HatTrick hat geschrieben:
Danke für das Feedback! Die Sache mit den Schokokeksen finde ich auch ziemlich interessant^^ Ja das Buch von Prof. Muller hat mir auch sehr gut gefallen. Besonders sein Schreibstil sorgt für konstantes Interesse während des Lesens :)
12.06.2011
Schimon hat geschrieben:
Danke für den Bericht erstmal!
Das Buch von Muller, was du als Quelle angibst, ist echt hilfreich was Allgemeinphysik angeht. Enerigie, Klimaprobleme, Radioaktivität, Treibhauseffekt etc. wird alles erklärt und teilweise mit Formeln verdeutlicht. Ist zwar etwas in Richtung "Wissenschaft ist das einzige Richtige" geschrieben, trotzdem belehrt es einen Nichtphysiker enorm :)
28.05.2011
Estherr hat geschrieben:
Ja,
der Artikel ist echt gut gelungen, sehr verständlich erklärt. Jetzt weiss man, worums geht.
"Schokokekse sogar die 8-fache Energiemenge von TNT." ;)
22.05.2011
Stoffie hat geschrieben:
wow echt super bericht! jetzt weiß ich bescheid danke!
16.05.2011
MarcelB hat geschrieben:
Cool, ja schon mal vom Galvani gehört :D aber das es heißt Druck, Plural von Druck is Druck^^
15.05.2011
HatTrick hat geschrieben:
Und ein Bericht über die passende Technik zur Energie und zu deren Wirkungsgraden wird folgen. :)
15.05.2011
HatTrick hat geschrieben:
@ MarcelB: Das mit der Sonne siehst du theoretisch richtig. Der Unterschied ist nur, dass hier auf der Erde weitaus höhere Temperaturen für eine Kernfusion benötigt werden als auf der Sonne. Das liegt daran, dass auf und in der Sonne viel höhere Drücke herrschen. Die Sache mit der Elektrochemie ist sehr gut möglich. Ich schätze du hast vom Prinzip einer Batterie gelesen. Also das Funktionsschema von sogenannten "galvanischen Elementen". Dort wird eine Anode und eine Katode in eine Säure getaucht (Z.b Schwefelsäure - H2SO4) und es entsteht eine elektrische Spannung. Ob man da von einer Umwandlung "Chemische Energie in elektrische Energie" spricht, weiß ich aber nicht genau.
15.05.2011
MarcelB hat geschrieben:
Uii, da bin ich dann aber gespannt drauf Marco! Ich bin fest der Überzeugung, dass der Mensch noch nicht soweit ist, aber ich lasse mich gerne eines besseren belehren. Mich würde es auch gar nicht stören, denn wer weiß was die Menschen nur wieder mit dieser neuen Kraft anstellen. Wenn ich das richtig verstanden habe, müsste ne Kernfusion ja wie die Entstehung oder Existenz einer Sonne von statten gehen(?) Krass... Noch was zum Thema chemische Energie, ich habe auch vor n paar Monaten von Elektrochemie gelesen, wo die chemisch produzierte Energie sofort in elektrische übergeleitet wird. Aber das mit den Gases ist ein echtes Problem. Auch wenns es möglicherweise direkt nichts mit dem Treibhauseffekt zu tun hat, bleiben trotzdem die Schäden im Ökosystem und besonders bei den Tieren und den Pflanzen die das Zeug schließlich aufnehmen, ne. Also ein klares No Go! Über einen Bericht von Wirkungsgradienten würde ich mich auch freuen :)
15.05.2011
HatTrick hat geschrieben:
@ MarcelB: Freut mich, dass dir der Bericht gefällt und dass du Fragen hast! Die Sache mit der Kernfusion kann stimmen. Ich sage bewusst "kann", weil ich lediglich weiß, dass der superschwere Wasserstoff Tritium radioaktiv ist. Dann wollen wir doch mal wegen der anderen Fragen schauen: Kinetische Energie ist die Energie der Bewegung - Wirklich :). Die Beispiele habe ich mir selber ausgedacht. Deine Anregung gefällt mir. Natürlich hätte ich hier noch etwas zur Nutzbarkeit einbauen können. Aber das würde eher auf die Techniken abschweifen, welche die Energiequellen nutzen. Wichtig ist dort der Begriff "Wirkungsgrad"! Aber das werde ich vielleicht in einem anderen Bericht nochmal ausführlicher erklären. Was ich von chemischer Energie halte? Nunja da muss man meiner Meinung nach ganz klar abwägen. Der Vorteil ist definitiv die gute "Speichereigenschaft". Demnach lässt sich chemische Energie besser speichern als elektrische Energie oder Wärme. Der Nachteil ist natürlich der mögliche Umweltaspekt. Während die Nutzung von Strom die Luft nicht belastet, kann das Verbrennen von Gasen natürlich unerwünschte Nebenprodukte wie Kohlenstoffdioxid, Stickoxide und ähnliches verursachen. Und die Sache mit dem Kernfusionsprojekt, welche auch Marco93 angesprochen hat, stimmt natürlich. Das Projekt heißt meines Wissens nach "ITER" und es arbeiten Ingenieure und Wissenschaftler aus der ganzen Welt daran.
15.05.2011
Cookie hat geschrieben:
Danke, jetzt hab ich das endlich auch mal alles verstanden! :) Toller Bericht, ist echt gut, das mal alles so schön kurz und einfach zusammengefasst zu haben, so bekommt man nen ziemlich guten Überblick über das Thema Energie!
15.05.2011
MarcelB hat geschrieben:
Doch, auch bei der Kernfusion entsteht radioaktive Strahlung, nur in geringeren Mengen! Sie wird deswegen auch als Zukunftsvision gesetzt. Doch bis wird das mit der Fusion hinkriegen, wird es noch bis zum nächsten Jahrhundert dauern...
war die Bewegungsenergie die kinetische Energie? Sehr gut, finde ich auch das Beispiel zur potentiellen Energie - Ich hab mir das immer wie ein Gewicht an einer Schnur vorgestellt, welche man nach links und rechts schwingen lässt, am Umkehrpunkt haben wir die potentielle Energie(!) Wo haste denn die Beispiele her? Selber ausgedacht? Wenn ja, werd' Lehrer! :D Und eine abschließende Frage: Was hälst du von der chemischen Energie? Umweltfreundlich? Und fürs nächste Mal einen kleinen Tipp: Die Analyse ist an sich schon recht gut, nur hättest du sagen noch sagen können, welche Energieform am effektivsten Energie produziert. Ich denke da an einen gigantischen Staudamm in China und vergleiche den mit 5 Atomkraftwerken...damit wir eben so einen Bezug haben! :) Und welche Energieform ist die gängigste in den Ländern unserer Erde, wieso setzen welche mehr auf Atomkraft und andere mehr auf Wasserkraft? Weiter so!
15.05.2011
gelöschter User hat geschrieben:
guter Bericht, gefällt mir :) perfekt erklärt und nicht groß drum herum geredet ;) hilft mir außerdem gut bei meinem Physik Referat, da geht's auch um regenerative Energien und so weiter .. :D
15.05.2011
Cedric hat geschrieben:
Ein super guter Bericht! Alle Energieformen gut und für jeden leicht verständlich erklärt! Diesen Text müsste man mal in Physik allen Schülern austeilen, weil ich denke mir, dass viele leider nur Teile davon wissen...
Echt gut geschrieben ;) Wir selbst haben auch ne Solarthermische und Photovoltaikanlage aufm Dach. :)
14.05.2011
PlaceboEffect hat geschrieben:
hey, toller bericht:) sehr detailliert und verständlich, auch für unwissende, die nicht viel mit Energie am Hut haben, wie z.B. ich ;) Mein Dad hat seit einem Jahr Solarplatten auf unseren Dächern. Die haben schon 20.000Euro eingebracht! Ich finde regenerative Technik sollte mehr gefördert werden, denn die Welt muss endlich umdenken.
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