Wir verwenden das Wort „Energie“ häufig in unseren Alltagsgesprächen. Es gibt viele verschiedene Formen von Energie, die wir täglich nutzen, um uns zu bewegen, zu sprechen, zu kochen, zu springen oder um Licht, Heizung, Musik und Fernseher einzuschalten. In dieser Lektion lernen wir Energie und ihre verschiedenen Formen anhand von Alltagssituationen kennen.
Lass uns anfangen.
Energie lässt Dinge geschehen. Jede Bewegung geschieht durch Energie. Jede Erwärmung geschieht durch Energie. Jedes Geräusch entsteht durch Energie. Wir nutzen Energie zum Denken, Spielen und Sprechen. Tatsächlich verbrauchen wir Energie, wann immer wir etwas tun!
Wir nutzen Energie zum Heizen und Kühlen unserer Häuser, Schulen und Büros. Wir verbrauchen Energie für Licht und Geräte. Energie sorgt dafür, dass sich unsere Fahrzeuge bewegen, Flugzeuge fliegen, Boote segeln und Maschinen laufen.
Auch alle Lebewesen benötigen Energie. Pflanzen nutzen das Licht der Sonne zum Wachsen. Tiere und Menschen essen die Pflanzen und nutzen die darin gespeicherte Energie. Nahrung ist der Treibstoff für den Energiebedarf unseres Körpers.
Ist Ihnen nach einem intensiven Fußballspiel (oder einer anderen Sportart) aufgefallen, dass sich Ihr Körper heiß anfühlt? Das liegt daran, dass Ihr Körper Wärmeenergie produziert.
Vereinfacht ausgedrückt ist Energie die Fähigkeit, Arbeit zu verrichten. Energie kommt in vielen verschiedenen Formen vor und wir nutzen sie auf vielfältige Weise. Schauen wir uns einige Beispiele aus unserem täglichen Leben an:
Was hat mehr Energie – ein Flugzeug, das am Himmel fliegt, oder ein Buch, das vom Tisch fällt? Das Flugzeug, das am Himmel fliegt, hat mehr Energie, weil es viel schneller fliegt als ein Buch und auch, weil das Flugzeug schwerer ist als das Buch.
Nimmt heiße Schokolade beim Abkühlen Wärmeenergie auf oder verliert sie diese? Der Verlust von Wärmeenergie liegt daran, dass die Milch ihre Wärmeenergie (oder Hitze) an die Umgebung abgibt und keine Wärmeenergie mehr durch die steigende Temperatur des Herdes aufnimmt.
Was glauben Sie, wie Kaffeemaschinen oder Fernseher funktionieren, wenn sie an die Steckdose angeschlossen werden? Das liegt daran, dass elektrische Energie durch Stromleitungen fließt und dann viele verschiedene Maschinen mit Energie versorgt, damit sie funktionieren.
Welcher Ton hat mehr Energie – die Hupe eines Lastwagens oder die eines Springbrunnens? Die Hupe hat mehr Energie, denn je lauter etwas ist, desto mehr Schallenergie hat es.
Die Energie eines Objekts wird anhand seiner Arbeitskapazität gemessen. Die Einheit für Energie ist daher die gleiche wie für Arbeit: Joule (J). 1 Joule (J) ist die Energie, die benötigt wird, um 1 Joule Arbeit zu verrichten. Ein Joule bezeichnet die Energiemenge, die einem Körper zugeführt wird, indem er einen Meter weit gegen eine Kraft von 1 N bewegt wird. Eine größere Energieeinheit ist das Kilojoule (kJ). 1 kJ = 1000 J.
Kinetische Energie – Alle bewegten Dinge nutzen kinetische Energie. Beispiele für kinetische Energie sind beispielsweise das Fliegen eines Flugzeugs am Himmel, Ballwerfen, Laufen, Radfahren usw. Ein fahrendes Auto auf der Straße verfügt über kinetische Energie, wohingegen ein geparktes Auto keine kinetische Energie hat. Das bedeutet, dass kinetische Energie nur dann vorhanden ist, wenn sich ein Körper oder Objekt bewegt. Wenn ein Objekt ruht, wird seine kinetische Energie Null. Das bedeutet, wenn Bewegung = 0, ist kinetische Energie = 0. Der Bereich reicht von Null bis zu einem positiven Wert. Beispiel: Ein Kind, das auf einer Schaukel schaukelt. Egal, ob sich die Schaukel vorwärts oder rückwärts bewegt, der Wert der kinetischen Energie ist nie negativ.
Potentielle Energie – Dies ist die Energie der Position eines Objekts. Beispiel: Wenn ein Kind auf einer Schaukel den höchsten Punkt des Bogens erreicht, verfügt es über die maximale potentielle Energie. Befindet es sich näher am Boden, ist seine potentielle Energie am geringsten (0). Ein weiteres Beispiel ist das Werfen eines Balls in die Luft. Am höchsten Punkt ist die potentielle Energie am größten. Beim Auf- oder Absteigen des Balls verfügt er über eine Kombination aus potentieller und kinetischer Energie.
Mechanische Energie – Dies ist die Energie, die durch die Bewegung oder die Position eines Objekts entsteht. Mechanische Energie ist die Summe aus kinetischer und potenzieller Energie. Beispiele: Ein Objekt mit mechanischer Energie hat sowohl kinetische als auch potenzielle Energie, wobei die Energie einer der beiden Formen gleich Null sein kann. Ein fahrendes Auto hat kinetische Energie. Wenn Sie das Auto einen Berg hinauffahren, hat es kinetische und potenzielle Energie. Ein auf einem Tisch liegendes Buch hat potenzielle Energie.
Chemische Energie – Chemische Energie ist die Energie, die in den Bindungen von Atomen und Molekülen gespeichert ist. Bei chemischen Reaktionen wird diese Energie freigesetzt. Wir nutzen chemische Energie in unserem Auto in Form von Kraftstoff (Benzin/Diesel) zum Fahren. Batterien, Biomasse, Öl, Erdgas und Kohle sind Beispiele für gespeicherte chemische Energie. Auch Lebensmittel sind ein gutes Beispiel für gespeicherte chemische Energie. Diese Energie wird bei der Verdauung freigesetzt.
Elektrische Energie – Energie, die von winzigen geladenen Teilchen, den sogenannten Elektronen, erzeugt wird. Ein Blitz ist eine Form elektrischer Energie. Fast alle unsere Geräte wie Laptops, Kaffeemaschinen, Mobiltelefone, Staubsauger und Fernseher funktionieren mit Strom.
Wärmeenergie – auch als thermische Energie bekannt. Die Energie, die von Feuer ausgeht, ist thermische Energie. Sie spiegelt den Temperaturunterschied zwischen den beiden Systemen wider. Materie besteht bekanntlich aus Molekülen. Erhöht man die Temperatur von Materie, schwingen die Teilchen schneller. Wärmeenergie ist die Energie, die aus der Temperatur von Materie entsteht. Eine Tasse heißer Kaffee, Elektro- oder Gasherde, Raumheizungen usw. sind Beispiele für thermische Energie.
Lichtenergie – auch Strahlungsenergie genannt. Die Erde bezieht einen Großteil ihrer Energie aus dem Sonnenlicht. Pflanzen nutzen die Lichtenergie der Sonne und wandeln sie in chemische Energie (Nährstoff) um, die ihnen beim Wachsen hilft. Dies wird als Photosynthese bezeichnet.
Schallenergie – Je lauter wir schreien, desto mehr Schallenergie verbrauchen wir. Alles, was wir hören, ist Schallenergie. Neben unserer Stimme gibt es viele weitere Beispiele für Schallenergie: Händeklatschen, Gitarrespielen, bellende Hunde usw.
Kernenergie – Kernenergie ist im Atomkern gespeichert. Diese Energie wird freigesetzt, wenn Kerne miteinander verbunden (Fusion) oder gespalten (Kernspaltung) werden. Beispiel: Kernspaltung, Kernfusion und Kernzerfall sind Beispiele für Kernenergie. Atomexplosionen und die Energieerzeugung aus Kernkraftwerken sind spezifische Beispiele für diese Energieart. Kernkraftwerke spalten die Kerne von Uranatomen, um Strom zu erzeugen.
Elektromagnetische Energie – Elektromagnetische Energie oder Strahlungsenergie ist Energie aus Licht oder elektromagnetischen Wellen. Beispiel: Jede Form von Licht enthält elektromagnetische Energie, einschließlich der für uns unsichtbaren Teile des Spektrums. Radio-, Gamma-, Röntgen-, Mikrowellen- und Ultraviolettstrahlung sind einige Beispiele für elektromagnetische Energie.
Gravitationsenergie – Die mit der Schwerkraft verbundene Energie beschreibt die Anziehung zwischen zwei Objekten aufgrund ihrer Masse. Sie kann als Grundlage für mechanische Energie dienen, wie beispielsweise die potenzielle Energie eines auf einem Regal platzierten Objekts oder die kinetische Energie des Mondes in seiner Erdumlaufbahn. Beispiel: Gravitationsenergie hält die Atmosphäre auf der Erde.
Ionisierungsenergie – Sie ist die Energieform, die Elektronen an den Kern eines Atoms, Ions oder Moleküls bindet. Beispiel: Die erste Ionisierungsenergie eines Atoms ist die Energie, die benötigt wird, um ein Elektron vollständig zu entfernen. Die zweite Ionisierungsenergie ist die Energie, die zum Entfernen eines zweiten Elektrons benötigt wird und ist größer als die Energie, die zum Entfernen des ersten Elektrons benötigt wird.
Das Energieerhaltungsgesetz besagt, dass Energie weder erzeugt noch vernichtet, sondern nur von einer Form in eine andere umgewandelt werden kann. Ein Beispiel hierfür ist die chemische Energie in Lebensmitteln, die bei Bewegung in kinetische Energie umgewandelt wird.
Masse ist eng mit Energie verbunden. Aufgrund der Äquivalenz von Masse und Energie besitzt jedes ruhende Objekt mit Masse eine äquivalente Energiemenge, die als Ruheenergie bezeichnet wird. Die Ruhemasse bezeichnet die Masse eines ruhenden Körpers. Eine Energiezunahme des Körpers über die Ruheenergie hinaus erhöht die Gesamtmasse des Objekts. Beispiel: Das Erhitzen eines Objekts führt zu einer Energiezunahme, die als geringe Massenzunahme messbar ist.
ERNEUERBARE ENERGIEN
Erneuerbare Energie ist Energie, die aus Quellen gewonnen wird, die nicht erschöpfen oder innerhalb eines Menschenlebens wieder aufgefüllt werden können. Zu den gängigsten Beispielen zählen Wind-, Solar-, Geothermie-, Biomasse- und Wasserkraft.
Solarenergie bezeichnet die Energie der Sonne. Sie kann in elektrische, thermische und chemische Energie umgewandelt werden. Solarmodule beispielsweise nutzen Sonnenenergie, um sie in elektrische Energie umzuwandeln. Diese Energie kann für Beleuchtung oder Heizung genutzt werden. Solarenergie wird auch in Elektrogeräten wie Mobiltelefonen eingesetzt. Diese Energieart ist in tropischen Regionen der Welt sehr häufig und wird dort traditionell zum Trocknen von Nutzpflanzen wie Kaffee, Mais und Reis verwendet. Vorteile dieser Energieart sind ihre Kostengünstigkeit, ihre unerschöpfliche Verfügbarkeit, ihre vielfältigen Quellen und ihre saubere Energieversorgung.
Windenergie bezieht sich auf die Energie des Windes. Windmühlen wandeln Windenergie in mechanische Energie um, die auf verschiedene Weise genutzt werden kann. Dazu gehören die Stromerzeugung, das Mahlen von Getreide und das Pumpen von Wasser. Seit Jahrhunderten wird Windenergie zum Antrieb von Schiffen wie Dhaus und Schiffen genutzt. Gebiete mit offener Landschaft bieten das größte Potenzial für Windenergie.
Die aus Wasser gewonnene Energie wird als Wasserkraft bezeichnet. Sie entsteht durch die Bewegung von Wasser. Fließendes Wasser mit hoher Geschwindigkeit verfügt über viel kinetische Energie, die Arbeit verrichten kann. So kann die Kraft des Wassers beispielsweise zum Antrieb von Getreidemühlen genutzt werden. Die Energie wird auch zum Antrieb von Turbinen genutzt, die Wasserkraft erzeugen.
NICHT ERNEUERBARE ENERGIE
Im Gegensatz dazu handelt es sich bei nicht erneuerbarer Energie um Energie aus Quellen, die zu unseren Lebzeiten erschöpft sein werden oder nicht wieder aufgefüllt werden können. Die meisten nicht erneuerbaren Energiequellen sind fossile Brennstoffe wie Kohle, Gas und Öl.
Erdöl bezeichnet flüssige und gasförmige Kohlenwasserstoffe aus tierischen und pflanzlichen Stoffen, die im Sedimentgestein abgelagert, komprimiert und in diese Form gebracht wurden. Nach der Raffination von Erdöl entstehen verschiedene Produkte wie Benzin, Flugbenzin, Schmierstoffe, Kerosin und Bitumen. Diese Produkte werden für unterschiedliche Zwecke eingesetzt. Industriediesel wird in der Industrie in Öfen und Kesseln eingesetzt, um Kraftstoff für Fahrzeuge, Schiffe, Lokomotiven und Maschinen zu erzeugen.
Kohle ist ein braunes oder schwarzes Gestein, das hauptsächlich aus Kohlenstoff besteht und vor Millionen von Jahren durch die Kompression von Pflanzenmaterial entstanden ist. Die Nutzung von Kohle als Energiequelle hat in den letzten Jahren mit der Entdeckung von Geothermie, Wasserkraft und Erdöl abgenommen.
Erdgas ist ein Gas, das sich unter der Erde und auf den oberen Schichten von Erdöl bildet, aber auch allein vorkommen kann. Es wird in der Industrie hauptsächlich zum Heizen und im Haushalt zum Heizen, Beleuchten und Kochen verwendet.
