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Energie



Energie ist ein universeller Begriff, der sowohl in den Natur- und Geisteswissenschaften als auch im Alltag in den unterschiedlichsten Zusammenhängen verwendet wird.

Der Rest dieses Artikels bezieht sich auf die letztere, physikalisch dominierte Bedeutung des Energiebegriffes.

Table of contents
1 Energieformen
2 Umwandlung der Energieformen und Energienutzung
3 Energieverbrauch
4 Energieträger
5 Energie und Masse
6 Formeln
7 Einheit
8 Größenordnungen
9 Abgrenzung des Energie-Begriffs
10 Siehe auch
11 Weblinks

Energieformen

Energie kann in verschiedenen Formen auftreten. Mögliche Einteilungsformen sind

Energie ist eine charakterisierende Größe für den Zustand eines Sytems, eine so genannte Zustandsgröße. Mit Zustand kann die Temperatur, Verformung, Lage, der Bewegungszustand etc. gemeint sein.

Umwandlung der Energieformen und Energienutzung

Energie kann in physikalischen Vorgängen weder erzeugt noch vernichtet sondern nur in verschiedene Energiearten umgewandelt werden. In einem geschlossenen System gilt der Energieerhaltungssatz, der einer der am genauesten experimentell gesicherten Sätze der Physik ist.

Durch eine am System verrichtete Arbeit wird die Energie des Systems erhöht, verrichtet das System selbst Arbeit, so wird seine Energie geringer. Die Arbeit verursacht hier also eine Zustandsänderung in Form einer Temperatur-, Form-, Lage-, Beschleunigungsänderung etc.

Der Begriff Energienutzung bezieht sich auf die Umwandlung von einer Energieform in eine andere Energieform (→ Arbeit). Eine Energieerzeugung ist aufgrund des Energieerhaltungssatzes nicht möglich. Es ist aber auch nicht möglich, die Energieformen beliebig ineinander umzuwandeln. Insbesondere ist es unmöglich, dass ein System seine Wärmeenergie komplett als Arbeit abgibt.

Beispiele für die Energieumwandlung sind die Erzeugung von Licht und Wärme aus elektrischer Energie über einen elektrischen Widerstand und die Umwandlung der elektrischen Energie mit Hilfe des Elektromagnetismus über magnetische Felder in einem Elektromotor in kinetische Energie.

Chemische Energie eines Brennstoffs wird bei der Verbrennung in Wärmeenergie verwandelt oder in Verbrennungsmotoren (als Kraftstoff) in kinetische Energie umgewandelt. Abhängig vom Wirkungsgrad der Motoren wird ein relativ großer Anteil der verbrauchten Energie direkt in Wärmeenergie umgewandelt.

Kinetische Energie wird bei der Bewegung entgegen dem Schwerefeld der Erde, also bergauf, in potentielle Energie oder über Reibung in Wärmeenergie oder akustische Energie umgewandelt.

In Kraftwerken wird elektrische Energie erzeugt. Entweder wird dabei vorhandene potentielle Energie (Speicherkraftwerk) oder kinetische Energie (Laufkraftwerk, Windenergieanlage) über Generatoren in elektrische Energie umgewandelt oder es wird der Umweg über eine Wärmekraftmaschine gewählt, um aus Wärme Energie zu gewinnen. Beispiele dafür sind Wärmekraftwerke, die mit Kohle, Öl, Gas, Biomasse, Kernkraft oder auch Müll betrieben werden.

Strahlungsenergie, auch in Form von akustischer Energie, wird beim Auftreffen auf eine absorbierende Fläche meistens in Wärmeenergie verwandelt.

Energieverbrauch

Mit dem Energieverbrauch wird die Nutzung von verschiedenen Energien in für Menschen gut verwendbaren Formen bezeichnet. Die von Menschen am stärksten benötigten Energieformen sind Wärmeenergie und Elektrizität. Die menschlichen Bedürfnisse richten sich vor allem auf die Bereiche Heizung, Nahrungszubereitung und den Betrieb von Einrichtungen und Maschinen zur Lebenserleichterung. Hierbei ist das Thema Fortbewegung und der Verbrauch z.B. fossiler Energieträger in Fahrzeugen nicht unerheblich.

Mit dem umgangssprachlichen Begriff: Energieverbrauch ist technisch ausgedrückt häufig die Freisetzung von Wärmeenergie in die Atmospäre gemeint. Unabhängig ob eine Energieeinheit in Form eines Holzstückes zu Heizzwecken oder zum Betrieb eines CD-Spielers zum Abhören einer CD angewendet wird, ist der "Verbrauch" durch das Erreichen der untersten Energiestufe z.B. als Abwärme in die Umwelt gekennzeichnet.

Der Energieverbrauch ist weltweit sehr unterschiedlich und in den Industrieländern um ein vielfaches höher als z.B. in der dritten Welt. In hochentwickelten Ländern haben sich seit dem 19. Jahr. Unternehmen mit der Erzeugung und Bereitstellung von Energie für den allgemeinen Verbrauch beschäftigt. Hierbei steht die zentrale Erzeugung von elektrischer Energie sowie die Übertragung an die einzelnen Verbraucher im Vordergrund. Weiterhin ist die Beschaffung, der Transport und die Verwandlung von Brennmaterial zu Heizzwecken ein wichtiger Wirtschaftszweig.

Ca. 40% des weltweiten Energiebedarfes wird durch elektrische Energie gedeckt. Spitzenreiter im Verbrauch dieses Anteils sind mit ca. 20% elektrische Antriebe. Danach ist die Beleuchtung mit 19%, die Klimatechnik mit 16% und die Informationstechnik mit 14% am weltweiten elektrischen Energiebedarf beteiligt.

    

Energieträger

Siehe auch: Energieträger

Erschöpfliche Energieträger

fossile Energieträger

Siehe auch: Fossile Energie, Fossilien

Kernbrennstoffe

Erneuerbare Energieträger

Alle Stoffe haben chemische Energie, welche bei chemischen Reaktionen gewandelt wird.

Energie und Masse

Seit Albert Einstein weiß man, dass Masse und Energie nach der berühmten Formel

ineinander umgewandelt werden können, bzw. dass Masse und Energie einander äquivalent sind. Außer bei der Kernspaltung, bei der Kernfusion und bei verschiedenen Experimenten der Elementarteilchenphysik ist jedoch die mit Energieänderungen des Systems einhergehende Massendifferenz weit unterhalb der Messgenauigkeit.

Formeln

Einheit

Die SI-Einheit der Energie ist das Joule.

1 J = 1 Nm = 1 Ws = 107 erg = 0,2388 cal = 0,102 kpm = 0,2778·10-6 kWh

Größenordnungen

Die folgende Aufstellung soll helfen, ein Gefühl für die Größenordnungen von Energie zu erhalten.

; 1 J = 1 Ws = 1 Nm : potentielle Energie, die beim Anheben einer Schokoladentafel (ca. 100 g) um 1 Meter in dieser gespeichert wird. ; 2,5·106 J = 2500 kJ : ungefährer täglicher körperlicher Energiebedarf eines Menschen. ; 3,6·106 J = 3600 kJ = 3600 kWs = 1 kWh : Abrechungseinheit für Strom, Gas usw. ; 1 eV = 1,602 176 462(63) · 10-19 J : Elektronvolt werden in der Elementarteilchenphysik verwendet.

Abgrenzung des Energie-Begriffs

Der hier formulierte physikalische Energiebegriff ist eine klar definierte physikalische Größe, die es erlaubt, zuverlässige Aussagen über das Verhalten physikalischer Systeme zu machen. Daneben werden umgangssprachlich (z.B. auch im Umfeld von Psychologie, Esoterik usw.) Energiebegriffe verwendet, die mit dem hier beschriebenen nichts gemein haben. Dort hat der Energiebegriff auch die Bedeutung von Vitalität, Fähigkeit, etwas zu bewirken, Menge gemeinsamer Gedanken und Ähnliches. Missverständnisse sind vorprogrammiert, wenn diese Energie-Begriffe vermischt werden.

Siehe auch

Weblinks




     
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