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Energie

Lesezeit: 5 Minuten

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? 

Energie lässt sich in folgende Arten unter­teilen: Kineti­sche, thermi­sche, elektri­sche, chemi­sche, nukleare und Strah­lungs­en­ergie. Jede Art hat ihre eigenen Eigen­schaften und Verwendungszwecke. 

Kineti­sche Energie

Kineti­sche Energie ist Energie in Bewegung. Sie ist die Energie, die ein Objekt besitzt, weil es in Bewegung ist. Ein Auto zum Beispiel, das auf der Autobahn fährt, hat kineti­sche Energie. Je schneller es fährt, desto mehr kineti­sche Energie besitzt es. In ähnli­cher Weise besitzt auch ein Kreisel aufgrund seiner Drehbe­we­gung kineti­sche Energie. 

Thermi­sche Energie

Thermi­sche Energie erzeugt Wärme. Wärme ist umgangs­sprach­lich das, was wir an Tempe­ratur und damit thermi­scher Energie wahrnehmen können. Sie ist die Art von Energie, die ein Stoff aufgrund seiner Tempe­ratur besitzt und demnach maximal abgeben kann. Sie kann zur Behei­zung von Gebäuden oder zum Antrieb von Maschinen verwendet werden. 

Elektri­sche Energie

Elektri­sche Energie ist die Energie­form, die als Resultat von zwei Objekten mit unter­schied­li­cher elektri­scher Energie entsteht. Sie kann zum Antrieb von Maschinen oder zur Beleuch­tung von Gebäuden verwendet werden. 

Chemi­sche Energie

Chemi­sche Energie ist die Energie­form, die aus die aus den Eigen­schaften und Zuständen der chemi­schen Elemente eines Objektes entsteht. Sie kann zum Antrieb von Maschinen oder zum Heizen von Gebäuden verwendet werden. 

Kernenergie

Kernenergie ist die Energie­form, die aus den Energie­un­ter­schieden und Zuständen auf atomarer Ebene von Objekten stammt. Sie kann zur Strom­erzeu­gung oder zum Antrieb von Maschinen verwendet werden 

Strah­lungs­en­ergie

Strah­lungs­en­ergie ist die Energie elektro­ma­gne­ti­scher Wellen. Wir können diese in Form von Licht durch unsere Augen wahrnehmen. Sie kann zur Licht­er­zeu­gung oder zum Heizen von Gebäuden verwendet werden. 

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? 

Vier grund­le­genden Formeln sind die Basis für das Verständnis von Energie: 

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.

Wie wird Energie genutzt?

Energie wird zu einer Vielzahl von Zwecken genutzt, darunter zum Heizen, zur Beleuch­tung und zum Antrieb von Maschinen. 

Zum Heizen und Kühlen

Energie wird häufig zum Heizen von Gebäuden genutzt. Dies kann mithilfe verschie­dener Quellen erfolgen, darunter Öl, Gas, Kohle, Strom und Solar­energie. Die Wahl der Heizquelle hängt von verschie­denen Faktoren ab, darunter Kosten, Effizienz und Umwelt­aus­wir­kungen. Gleich­zeitig kann Energie auch zum Kühlen verwendet werden, z. B. bei der Verwen­dung einer Klima­an­lage, bei der Energie verwendet wird, um der Luft Wärme zu entziehen. 

Zur Beleuch­tung

Energie wird auch für die Beleuch­tung verwendet. Häufig wird dabei Strom für die Beleuch­tung von Gebäuden und Öffent­li­chen Plätzen genutzt. Einige Orte nutzen jedoch auch Solar- oder Windenergie für die Beleuch­tung. In Privat­haus­halten wird zum Beispiel beim Einschalten einer Glühbirne elektri­sche Energie in Licht­energie umgewandelt. 

Zum Antrieb von Maschinen

Ein weiterer Anwen­dungs­fall ist der Antrieb von Maschinen. Dies geschieht häufig durch den Einsatz von Elektri­zität oder fossiler Brenn­stoff (wie Öl, Gas oder Kohle). Beispiel­weise, um Autos und Züge anzutreiben. Beim Autofahren verwendet der Motor die Energie, um Benzin in Bewegung umzuwandeln. 

Welche Auswir­kungen hat die Nutzung von Energie auf die Umwelt?

Je nach Art der verwen­deten Energie kann die Nutzung von Energie positive oder negative Auswir­kungen auf die Umwelt haben. 
Die Verbren­nung fossiler Brenn­stoffe zur Erzeu­gung von Strom, Wärme oder Bewegung ist eine der häufigsten Ursachen für Luftver­schmut­zung. Die Verbren­nung dieser Brenn­stoffe trägt zur Freiset­zung von Schad­stoffen in die Luft bei, darunter Kohlen­mon­oxid, Stick­oxide und Rußpar­tikel. Diese Schad­stoffe können zu Gesund­heits­pro­blemen führen, darunter Atemwegs­er­kran­kungen, Herzkrank­heiten und Krebs. Die Verbren­nung von fossilem Brenn­stoff ist auch eine der Haupt­ur­sa­chen für die Erderwärmung. 
Anderer­seits kann die Nutzung erneu­er­barer Energie­res­sourcen wie Solar-, Wind- oder Wasser­kraft positive Auswir­kungen auf die Umwelt haben. Diese Quellen sind unerschöpf­lich und verbrennen keine fossilen Brenn­stoffe, sodass sie keine Schad­stoffe in die Luft abgeben. Darüber hinaus tragen sie nur wenig zur Erder­wär­mung bei. Wenig, da auch durch die Herstel­lung von Solar­mo­dulen und Rotor­blät­tern, deren Trans­port, Bau und dem späteren Recycling CO2 ausge­stoßen wird. Über den gesamten Lebens­zy­klus hinweg sind Erneu­er­bare Energien deshalb nicht neutral, sondern hinter­lassen auch einen Fußab­druck, wenn auch nur einen sehr kleinen. Daneben können, abhängig von der Art der Nutzung, große Solar­an­lagen Flächen versie­geln und damit die Umwelt beein­träch­tigen. Insge­samt kann die Nutzung von Energie je nach Art der verwen­deten Energie daher positive oder negative Auswir­kungen auf die Umwelt haben. 

Wie sieht die Zukunft der Energie aus?

Die zukünf­tige Energie­ver­sor­gung wird eine Kombi­na­tion aus erneu­er­baren und nicht erneu­er­baren Quellen umfassen. Dennoch ist es wahrschein­lich, dass erneu­er­bare Energien immer mehr genutzt werden, da sie unerschöpf­lich sind und keine Schad­stoffe in die Luft abgeben. Darüber hinaus tragen sie nur wenig zur Erder­wär­mung bei. Solar- und Windenergie sind jedoch noch nicht flächen­de­ckend verfügbar. Daher ist es wahrschein­lich, dass nicht erneu­er­bare Energien wie Kohle, Gas und Öl weiterhin mittel­fristig eine wichtige Rolle in der Energie­ver­sor­gung spielen werden. Forschung und Techno­lo­gie­ent­wick­lung können jedoch zu verbes­serten Methoden der Energie­nut­zung führen, die sowohl effek­tiver als auch umwelt­freund­li­cher sind. 

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