Energie ist ein grundlegendes Konzept in der Physik und in unserem täglichen Leben, eine Kraft, die alles, was wir tun, antreibt und definiert, wie wir mit der Welt um uns herum interagieren. Von der Beleuchtung unserer Häuser bis zur Stromversorgung unserer elektronischen Geräte, vom Bewegen von Fahrzeugen bis zum Anbau von Pflanzen spielt Energie eine allgegenwärtige und wesentliche Rolle.
Definition von Energie
Energie ist ein grundlegendes Konzept der Physik, das eine entscheidende Rolle für unser Verständnis des Universums und unserer Interaktion mit ihm spielt. Im einfachsten Sinne kann Energie als die Fähigkeit definiert werden, Arbeit zu verrichten oder Veränderungen in einem System herbeizuführen.
Diese vom britischen Physiker James Prescott Joule im 19. Jahrhundert formulierte Definition liegt allen Zweigen der Physik zugrunde und ist für das Verständnis einer Vielzahl natürlicher Phänomene von wesentlicher Bedeutung.
Aggregate
Energie kann in verschiedenen Einheiten gemessen werden, abhängig vom verwendeten Einheitensystem und der spezifischen Art der gemessenen Energie.
Hier ist eine Tabelle mit einigen der gebräuchlichsten Energieeinheiten:
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Triebwerk |
Symbol |
Joule-Äquivalenz (ungefähr) |
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Joule |
J |
1 Joule |
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Kalorie |
Kalk |
4.184 Joule |
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Kilokalorie (kcal) |
kcal |
4.184 Joule |
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Elektronenvolt (eV) |
e.V |
1,602 × 10 -19 Joule |
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Wattstunde (Wh) |
Was |
3.600 Joule |
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Britische Wärmeeinheit |
BTU |
1.055,06 Joule |
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Joule pro Mol (J/mol) |
J/mol |
Variiert je nach Chemikalie |
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Kilowattstunde (kWh) |
kWh |
3.600.000 Joule (3,6 Megajoule) |
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Fuß-Pfund (ft-lbs) |
ft-lb |
1,35582 Joule |
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Fuß-Pfund (lb-ft) |
lb-ft |
1,35582 Joule |
Arten von Energie
Energie ist keine einzelne, monolithische Einheit; Stattdessen manifestiert es sich in verschiedenen Formen und kann in mehrere Haupttypen eingeteilt werden.
Hier untersuchen wir einige der häufigsten Energiearten:
Kinetische Energie
Dies ist die Energie, die mit der Bewegung eines Objekts verbunden ist. Die Größe der kinetischen Energie hängt von der Masse des Objekts und seiner Geschwindigkeit ab. Ein fahrendes Auto verfügt beispielsweise über kinetische Energie, und diese Energie nimmt mit zunehmender Geschwindigkeit zu.
Gravitationspotentialenergie
Diese Energieform hängt von der Position eines Objekts in einem Gravitationsfeld ab, ähnlich wie die Energie, die ein Objekt hoch in der Luft speichert. Je höher ein Objekt ist, desto größer ist seine potenzielle Gravitationsenergie.
Elastische potentielle Energie
Es hängt mit der elastischen Verformung von Gegenständen zusammen, beispielsweise einem gedehnten Gummiband oder einer zusammengedrückten Feder. Diese Energie wird freigesetzt, wenn das Objekt in seine ursprüngliche Form zurückkehrt.
Mechanische Energie
Mechanische Energie ist die Summe der kinetischen Energie und der potentiellen Energie eines Systems. Diese Energieform hängt mit der Bewegung und Position von Objekten in einem System zusammen.
Wärmeenergie
Es resultiert aus Vibration und molekularer Bewegung in einem System. Je heißer ein Objekt ist, desto größer ist seine Wärmeenergie. Wärmeenergie fließt von heißeren Objekten zu kühleren Objekten.
Chemische Energie
Es wird in den chemischen Bindungen von Molekülen gespeichert und bei chemischen Reaktionen freigesetzt. Beispielsweise wird die Energie der Nahrung freigesetzt, wenn sie im menschlichen Körper verstoffwechselt wird.
Kernenergie
Dies ist die im Atomkern enthaltene Energie. Es wird bei Kernreaktionen wie der Spaltung (Aufspaltung von Kernen) und der Fusion (Vereinigung von Kernen) freigesetzt. Kernkraft ist die Kraft hinter der Sonne und den Atombomben.
Elektrische Energie
Es entsteht durch die Bewegung von Elektronen in einem Leiter. Es ist die Grundlage moderner Technologie und wird zur Stromversorgung elektronischer Geräte, Beleuchtung und mehr verwendet.
elektromagnetische Energie
Elektromagnetische Energie ist eine Energieform, die sich durch elektromagnetische Wellen wie sichtbares Licht, Mikrowellen, Röntgenstrahlen und Radiowellen ausbreitet. Diese Energie wird durch oszillierende elektrische und magnetische Felder transportiert.
Magnetische Energie
Verbunden mit Magnetfeldern und ihrer Fähigkeit, magnetische Objekte wie Elektromotoren zu beeinflussen.
Schall Energie
Es wird durch die Schwingung von Partikeln in einem Medium wie Luft oder Wasser erzeugt. Unser Gehör nimmt diese Energie in Form von Schall wahr.
Grundprinzipien der Energie
Energie folgt zwei Grundprinzipien:
Prinzip der Energieerhaltung
Dieses Prinzip besagt, dass Energie weder erzeugt noch zerstört werden kann, sondern nur von einer Form in eine andere umgewandelt oder in einem isolierten System von einem System auf ein anderes übertragen wird. Mit anderen Worten: Die Gesamtenergiemenge in einem isolierten System bleibt über die Zeit konstant.
Dies bedeutet, dass die anfängliche Gesamtenergie eines Systems gleich der endgültigen Gesamtenergie ist, auch wenn sie von einer Form in eine andere wechselt.
Prinzip der Energieübertragung
Das zweite Grundprinzip der Energie bezieht sich darauf, wie Energie durch verschiedene Prozesse von einem Objekt oder System auf ein anderes übertragen werden kann. Das bedeutet, dass Energie von einem Ort zum anderen wandern und von einer Form in eine andere wechseln kann.
Wenn beispielsweise eine Kraft auf ein Objekt ausgeübt wird, wird an diesem Objekt Arbeit verrichtet und mechanische Energie auf es übertragen. Ebenso kann Wärmeenergie von einem heißeren Objekt zu einem kühleren fließen, bis ein thermisches Gleichgewicht erreicht ist.
Die Energieübertragung ist auch bei der Stromerzeugung von wesentlicher Bedeutung, wobei mechanische, thermische, chemische oder andere Energieformen in elektrische Energie umgewandelt werden, die transportiert und für die Arbeit genutzt werden kann.
Beispiele für Energie im Alltag
Energie ist in vielen Aspekten unseres täglichen Lebens präsent.
Hier sind einige Beispiele dafür, wie sich Energie in alltäglichen Situationen manifestiert:
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Haushaltsstrom : Elektrischer Strom ist in unseren Häusern unerlässlich, um Lichter, Geräte, Computer, Geräteladegeräte, Fernseher und vieles mehr mit Strom zu versorgen.
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Kochen : Beim Kochen nutzen wir Wärmeenergie, um Lebensmittel auf Herden, Mikrowellenherden und anderen Geräten zu erhitzen.
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Transport : Fahrzeuge, ob Autos, Züge, Busse oder Elektrofahrräder, benötigen Energie, um sich fortzubewegen. Autos verbrauchen Benzin oder Strom, während Züge elektrisch oder dieselbetrieben sein können.
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Beleuchtung : Elektrische Energie wird in unseren Lampen und Glühbirnen in Licht umgewandelt, um unsere Häuser und Straßen zu beleuchten.
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Kernkraftwerk – Kernreaktoren nutzen Kernenergie, um thermische Energie zu erzeugen und diese in elektrische Energie umzuwandeln.
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Heizen und Kühlen : Heiz- und Klimaanlagen nutzen Wärmeenergie, um unsere Häuser auf einer angenehmen Temperatur zu halten.
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Persönliche Elektronik : Mobiltelefone, Tablets und Laptops werden mit Batterien betrieben, die elektrische Energie speichern.
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Essen und Trinken : Die chemische Energie in Essen und Trinken liefert die Energie, die wir für unsere täglichen Aktivitäten benötigen.
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Tageslicht : Sonnenlicht sorgt tagsüber für natürliche Beleuchtung und wird auch in Solaranlagen zur Stromerzeugung genutzt.
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Öffentliche Verkehrsmittel : Öffentliche Verkehrsmittel wie U-Bahnen und Straßenbahnen nutzen für die Fortbewegung elektrische und kinetische Energie.
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Sport und Bewegung : Bei der Ausübung von Sportarten und Übungen, sei es Laufen, Schwimmen oder Gewichtheben, sind kinetische und potentielle Energien beteiligt.
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Unterhaltung : Videospiele, Filme und Konzerte benötigen für ihren Betrieb und ihr Vergnügen Strom.
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Lernen und Arbeiten : Computer, Lampen und andere elektrische Geräte sind für das Lernen und Arbeiten in Büros und Schulen unerlässlich.
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Gütertransport : Lkw und Schiffe nutzen fossile Brennstoffe, um Güter lokal und global zu transportieren.
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Medizin : Medizinische Geräte wie Röntgengeräte und MRTs nutzen elektrische Energie für Diagnose und Behandlung.
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Kommunikation : Strom ist in Kommunikationsnetzen, einschließlich Internet und Mobilfunknetzen, von entscheidender Bedeutung.
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Erneuerbare Energie : Manche Menschen nutzen Solar- oder Windkraftanlagen in ihren Häusern, um nachhaltig Strom zu erzeugen.