Energie – Energieformen, Energiespeicher, Energiewandler, Energieumwandlung

Energie ist ein zentraler Begriff der Physik. Intutiv haben viele Menschen bereits eine brauchbare Vorstellung vom Energiebegriff – dabei ist eine exakte physikalische Definition der Energie nicht ganz einfach, da Energie ein abstrakter Begriff ist.

Man unterscheidet verschiedene Energieformen. Befindet sich ein Körper in Bewegung, hat er z.B. eine Bewegungsenergie. Befindet sich ein Körper in einer gewissen Höhe, besitzt der Körper Höhenenergie.

Eine zentrale Eigenschaft der Energie ist, dass die verschiedenen Energieformen ineinander gewandelt werden können, man spricht von Energieumwandlungen. Beispielsweise wandelt eine Lampe die zugeführte elektrische Energie in Lichtenergie.

Energieformen

Weitere Energieformen sind:

verschiedene Energieformen
Eine Übersicht wesentlicher Energieformen
  • kinetische Energie (Bewegungsenergie) – z.B. besitzt ein fahrendes Auto Bewegungsenergie
  • potentielle Energie (Höhenenergie) – z.B. besitzt ein auf einem Regal liegendes Buch Höhenenergie
  • chemische Energie – z.B. wird in unserer Nahrung Energie in Form von chemischer Energie gespeichert
  • thermische Energie (Wärmeenergie) – Körper aufgrund ihrer Temperatur eine Wärmeenergie
  • Solarenergie (Lichtenergie) – auch Licht kann Energie übertragen, was z.B. in Solarzellen genutzt wird.
  • Spannenergie – z.B. wird ein Trampolin gespannt, wenn man darauf hüpft.
  • elektrische Energie – z.B. verwendet das Gerät, das du gerade benutzt elektrische Energie
  • Kernenergie – z.B. wandelt ein Kernkraftwerk die in Atomkernen gespeicherte Kernenergie

Die Aufzählung oben enthält bereits wesentliche Energieformen, hat aber keinen Anspruch auf Vollständigkeit. Insbesondere für weitergehende Untersuchungen geht es bei allen folgenden Gedanken im Wesentlichen nur darum, sich in verschiedenen Situationen darüber klar zu sein, welche Energieformen in der betrachteten Situation relevant sind. Später werden für die verschiedenen Energieformen auch Berechnungen möglich sein.

Energiespeicher und Energiewandler

Eine weitere Unterscheidung ist die zwischen Energiespeicher und Energiewandler.

Energiespeicher speichern Energie. Beispielsweise würde man eine Wärmflasche, eine Batterie oder auch ein Brötchen physikalisch als Energiespeicher bezeichnen können. Sie alle haben gemeinsam, dass sie in der Lage sind, die Energie über einen längeren Zeitraum zu speichern. Dabei hat die gespeicherte Energie in den Beispielen verschiedene Energieformen: Eine Wärmflasche speichert thermische Energie, eine Batterie und ein Brötchen speichern chemische Energie.

Im Gegensatz dazu speichern Energiewandler keine Energie, sind dafür aber in der Lage, Energieformen ineinander umzuwandeln. Eine Glühlampe zählt beispielsweise zu den Energiewandlern, da diese die zugeführte elektrische Energie in Lichtenergie umwandelt. Da die Glühlampe beim Betrieb auch warm wird, könnte man zusätzlich sagen, dass die Glühlampe einen Teil der Energie in thermische Energie wandelt. Grapisch dargestellt wird dies gelegentlich so:

Energieumwandlungsdiagramm Glühlampe

Energiewandler können auch hintereinander positioniert werden, was im folgendem Applet von PhET spielerisch erkundet werden kann. Wähle dazu im Applet unten zunächst “Systeme aus”. Werden dann die Energiesymbole ausgewählt, können die Energiewandlungen nachvollzogen werden. Dabei fasst das Applet von PhET die kinetische Energie und potentielle Energie zur “mechanischen Energie zusammen.

Energy Skate Park – Energie beim Skater in der Halfpipe

Auch ein weiteres Applet von PhET ist zur Untersuchung der Energiewandlungen in einer Halfpipe sehr ansprechend gestaltet.