1. Energie und ihre Formen

Die genannten Energieformen treten in wissenschaftlichen Texten manchmal mit anderen Begriffen in Erscheinung. Damit du in solchen Texten die Begriffe zuordnen kannst, ist es wichtig, die Bedeutungen zu kennen. 

In vielen Texten wird von Lage- und Spannenergie gesprochen. Wir verwenden hier normalerweise nur den Begriff Lageenergie und nehmen beim Bogen zum Beispiel die Erläuterung, dass sich dieser in der Form der gespannten Lage befindet und somit Lageenergie besitzt. In Fachtexten wird für beide auch der Begriff „Potenzielle Energie“ verwendet. Dieser Begriff stammt vom lateinischen Wort „potentialis“ ab, was „möglich“ oder „kraftvoll“ bedeutet.

Auch für Bewegungsenergie ist ein anderer Begriff geläufig. Diese wird meist als kinetische Energie bezeichnet. Der Begriff kinetisch leitet sich vom altgriechischen κίνησις kínēsis, ab, was im Deutschen mit Bewegung übersetzt wird.

Beginne nun deinen Eintrag in deinem Heft bzw. deinem Hefter. Übernimm die folgenden Informationen unter der Überschrift „Energie und ihre Formen“.

Energieerhaltungssatz:

Bei Energieumwandlungen bleibt die Gesamtenergiemenge unverändert.

Energie kann weder verloren gehen noch erzeugt werden. Sie kann nur in andere Formen umgewandelt und zwischen Körpern übertragen werden.

Beispiele:

• Die Lageenergie eines gespannten Bogens wird beim Loslassen komplett in die Bewegungsenergie des Pfeils überführt.
• Die Bewegungsenergie eines Fahrzeugs wird beim Bremsen zu einem großen Teil in thermische Energie der Bremsanlage umgewandelt.
• Beim Herunterfallen eines Bleistifts vom Tisch wird dessen Lagenenergie nahezu vollständig in die Bewegungsenergie überführt.

Analysiere die Animation. Vielleicht ist sie dir schon aus dem Modul Reibung bekannt – jetzt betrachten wir allerdings einen anderen Aspekt genauer.

Vorgehensweise:

• Klicke auf Einführung.
• Starte die Animation, indem du den Skater auf die Bahn stellst. 
• Aktiviere oben links die Grafik, die dir die jeweilige Energieform anzeigt.

Zunächst einmal erfolgt die Überführung der Energie immer von der Lageenergie in die Bewegungsenergie. 

• Erhöhe beim Regler die Reibung und beobachte, was passiert. 

Egal ob wir, wie in diesem Beispiel, einen Skater in der Halfpipe, die Bewegung eines Hüpfballs, ein ferngesteuertes Auto oder eine Lampe im Stromkreis betrachten: Alle Energieumwandlungen haben etwas gemeinsam. Der Skater bleibt stehen, der Hüpfball springt nach einiger Zeit nicht mehr, das Auto kann irgendwann nicht mehr weiterfahren, da die Batterien leer sind usw. Ein Laie würde hier sagen, die ganze Energie ist weg. Doch das stimmt nicht. Physikalisch spricht man hier davon, dass eine Energieentwertung stattfindet und die Energie dadurch weniger leicht nutzbar wird. Oft ist die thermische Energie die „Endstation“. Du hast sicher schon mal gefühlt, dass die Batterien, Kabel oder auch die Reifen in einem ferngesteuerten Auto nach einiger Zeit warm werden. Auch der Hüpfball und der Boden erhöhen ihre Temperatur, das ist aber nur schwer zu erkennen, da sie sich nicht so stark erwärmen. Diese thermische Energie steht nicht mehr für den eigentlichen Vorgang zur Verfügung und es scheint so, als ob die Energie verloren gegangen wäre.

Daher ist es sehr wichtig, alle Energieumwandlungen als Ganzes zu betrachten und für die Prozesse einen Wirkungsgrad zu beschreiben. Dieser sagt aus, wie viel von der aufgewendeten Energie auch genutzt wird.

Der Wirkungsgrad spielt bei der Planung von Maschinen und Kraftwerken eine sehr große Rolle, dazu wirst du aber im weiteren Verlauf noch mehr erfahren.

Vielleicht hast du den Begriff „Perpetuum mobile“ schon mal gehört. Es geht dabei um eine Maschine, die ohne Zufuhr von Energie immer in Bewegung bleibt. Nach heutigem Kenntnisstand ist so eine Maschine unmöglich zu bauen, da bei Energieumwandlungen immer ein geringer Teil der Energie entwertet wird.