Was ist Energie?
Energie ist definiert als die Fähigkeit, Arbeit zu verrichten und kann in Joule oder Kalorien gemessen werden. Sie kommt in vielen Formen vor, darunter elektrische, thermische, nukleare und chemische Energie. Energie kann zum Beispiel zur Erzeugung von Wärme oder Bewegung genutzt werden. Dafür muss diese vorher in eine Form umgewandelt werden, die von einer Maschine oder einem anderen Gerät genutzt werden kann.
Die heute am häufigsten verwendete Energieform ist Elektrizität. Sie treibt alles an, von Computern und Lampen bis hin zu Industrieanlagen und Transportsystemen.
Der größte Teil der Elektrizität weltweit stammt derzeit (noch) aus Kraftwerken, die fossile Brennstoffe wie Kohle, Erdgas und Öl verbrennen. Diese Kraftwerke wandeln die chemische Energie der fossilen Brennstoffe in elektrische Energie um. Kernkraftwerke erzeugen ebenfalls Strom, indem sie die freigesetzte Energie aus Nuklearmaterial in elektrische Energie umwandeln. Da der Anteil an Erneuerbaren Energien jedoch stetig zunimmt, werden die klassischen Energiequellen langfristig den kleineren Teil der Stromerzeugung ausmachen.
Welche Arten von Energie gibt es?
Kinetische Energie
Thermische Energie
Elektrische Energie
Chemische Energie
Kernenergie
Strahlungsenergie
Welche Maßeinheiten für Energie gibt es?
Die SI-Einheit für Energie ist das Joule, das als die Arbeit definiert ist, die verrichtet wird, wenn eine Kraft von einem Newton ein Objekt über eine Strecke von einem Meter in Richtung der Kraft bewegt. Es gibt jedoch auch zwei andere Energieeinheiten, die je nach Kontext gelegentlich verwendet werden. Diese sind das Elektronenvolt und die Kalorie.
Das Elektronenvolt wird vor allem in der Teilchenphysik verwendet und entspricht der Arbeit, die geleistet wird, wenn ein Elektron durch eine Potenzialdifferenz von einem Volt bewegt wird.
Die Kalorie hingegen wird in der Ernährungswissenschaft verwendet und entspricht der Wärmemenge, die erforderlich ist, um die Temperatur von einem Gramm Wasser um ein Grad Celsius zu erhöhen. Alle drei Einheiten sind zwar gültige Maßeinheiten für Energie, aber nicht austauschbar.
Welche Formeln für Energie gibt es?
- Energie = Masse * Geschwindigkeit²
- Arbeit = Kraft * zurückgelegte Strecke
- Leistung = Energie / Zeit
- Wirkungsgrad = Arbeitsleistung / Energieeinsatz
Diese vier grundlegenden Formeln sind die Basis für das Verständnis von Energie. Energie ist die Fähigkeit, Arbeit zu verrichten, und es gibt sie in vielen Formen, z. B. mechanisch, chemisch, thermisch, elektromagnetisch und nuklear. Leistung ist die Geschwindigkeit, mit der Arbeit verrichtet wird, und wird in Watt gemessen.
Der Wirkungsgrad ist ein Maß dafür, wie gut ein System Energie in Arbeitsleistung umwandelt. Um den Wirkungsgrad zu verstehen, muss man wissen, dass es zwei Arten von Energieverlusten gibt: Exergieverluste und Entropieverluste. Exergieverluste treten auf, wenn Energie von einer Form in eine andere umgewandelt wird, und Entropieverluste treten auf, wenn Energie in Form von Wärme abgeführt wird. Bei Raumtemperatur nimmt die Entropie immer zu, was bedeutet, dass alle Energiesysteme ineffizient sind.
Das Ziel der Technik ist es daher, Systeme zu entwerfen, die die Exergie- und Entropieverluste minimieren. Eine Möglichkeit, dies zu erreichen, ist die Nutzung erneuerbarer Energiequellen wie Sonnen-, Wind- und Wasserkraft.
