Energie und Energieträger

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Einführung und Beispiele

  • Diese Weizenpflanzen bekommen ihre Energie kostenlos von der Sonne geliefert.

  • Womit Menschen ihre Energie beziehen können. (Video: Wieviel Energie steckt in einem Brötchen?
    Warum Mehl explodieren kann.)

  • Um in Bewegung zu bleiben brauchen die Muskeln Traubenzucker als Treibstoff.

  • Beim Bremsen wird das Fahrrad langsamer und die Felge wird heiß.

  • Und womit Autos ihre Energie beziehen.

  • In Zukunft mehr so!

  • In einem fahrenden Auto steckt viel Energie.

  • Mit der Bremse kann das Auto die Energie wieder loswerden.

  • In einem Tornado steckt viel zerstörerische Energie.

  • Aber bewegte Luft kann man auch sinnvoll nutzen.

  • Bei uns kommt der Strom aus der Steckdose.

  • Damit ich mir meinen Tee kochen kann.

  • Das Wasser des Schluchsees...

  • ... kann diese Generatoren antreiben.

  • Eine Infotafel

  • Mit diesem oberschlächtigen Mühlrad hat man eine Mühle betrieben.

  • In warmen Wasser steckt auch Energie, die einen Motor antreiben kann.

  • Druckluft wird auch für große Kraftwerke als Speicher erwogen.

  • Im Wachs der Kerze und in der Flamme steckt Energie.

  • In geladenen Akkus steckt Energie, mit der man eine Lampe betreiben kann.

  • Im abgestrahlten Licht steckt auch Energie.

  • Für Energie muss man bezahlen!

Der energetische "Preis" von Karotten beträgt ca. 1090 kJ pro kg.
  • Kann ein Gegenstand etwas antreiben, so enthält er "Energie". Man nennt ihn dann einen "Energieträger":
Nahrung treibt die Muskeln an, Benzin ein Auto, bewegte Luft ein Windrad, ein geladener Akku den elektrischen Strom, hoch liegendes Wasser ein Mühlrad, ...
  • Energie ist das Geld der Physik. Man kann damit ausdrücken, wieviel etwas wert ist.
  • Energiemengen gibt man in der Einheit "Joule" (J) an.
[math]1\,\rm MJ = 1000\,\rm kJ = 1000000\,\rm J[/math]

Versuch: Der Fahrraddynamo als Bremse

Aufbau
Solche alten Seitenläufer-Dynamos findet man kaum noch. (Warum?)

Man braucht ein Fahrrad mit Nabendynamo, welches idealerweise noch eine alte Halogenbirne als Leuchtmittel hat. Es geht aber auch eine LED-Lampe.

Zuerst läßt man die Lampe ausgeschaltet. Dann hebt man das Vorderrad an, schubst es an und wartet ab was passiert.

Im zweiten Teil schubst man wieder das Vorderrad bei ausgeschalteter Lampe an. Nach einer kurzen Zeit wird jetzt die Lampe angeschaltet.

Beobachtung

Bei ausgeschalteter Lampe dreht sich das angeschubste Rad ca. eine Minute lang, bis es stehen bleibt.

Schaltet man die Lampe an, so hält das Rad viel schneller an.

Folgerung

In dem drehenden Rad steckt Energie. Mit dieser Energie kann man die Lampe betreiben. Dadurch wird die Energie im Rad immer weniger und das Rad wird langsamer.
Deshalb bremst die angeschaltete Lampe das Rad ab.

(Ist die Lampe ausgeschaltet, wird die im Rad gespeicherte Energie trotzdem immer weniger, was an der Reibung in der Fahrradachse und im Dynamo liegt. Dabei wird die Achse und der Dynamo leicht erwärmt.)

Maßeinheiten der Energie

Energiemengen werden in "Joule" (J) angegeben. (Nach dem britischen Bierbrauer und Physiker James Prescott Joule (1818–1889).) Für größere Mengen an Energie verwendet man wie bei Kilogramm (kg), Kilometer (km) oder Megabyte (MByte) die Vorsilben "kilo" oder "Mega":

[math]1\,\rm MJ = 1000\,\rm kJ = 1000000\,\rm J[/math]

Eine ältere noch häufig gebrauchte Energieeinheit ist die "Kalorie" (cal). Sie wird vor allem bei Lebensmitteln noch häufig verwendet. Eine Kalorie Energie entspricht ca. vier Joule Energie:

[math] 1\,\rm cal = 4{,}2\,\rm J[/math]

Die Energie "aus der Steckdose" wird in "KiloWattStunden" (kWh) abgerechnet:

[math]1\,\rm kWh = 1000\,\rm Wh = 3600\,\rm kJ = 3{,}6\,\rm MJ [/math]

Beispiele für Energiemengen

Gegenstand

Energiemenge in Joule

eine Tafel Schokolade

2000000 J = 2000 kJ = 2 MJ

Autobatterie

4000000 J = 4000 kJ = 4 MJ

ein Liter Benzin

30000000 J =30000 kJ = 30 MJ

Ein Liter kochendes Wasser[1]

300.000 J

Sonnenlicht auf einen m2 für eine Sekunde

1300 J = 1,3 kJ

Fahrradfahrerin mit 30 km/h

3400 J = 3,4 kJ

aufgepumpter Fahrradreifen

600 J

Schulranzen (10 kg) auf einem ein Meter hohen Tisch

100 J

Verschiedene Sorten von Energieträgern / Energieformen

Energie kann in verschiedenen Trägern gespeichert werden: Bewegung, Wärme, Benzin, Licht, Elektrizität,... Je nach Art des Energieträgers hat man der enthaltenen Energie verschiedene Namen gegeben.

Energieträger

Name der Energieform

Gras, Früchte, Getreide, Brot, Fleisch, Gemüse,...
Holz, Kohle, Erdöl, Benzin, Erdgas,...
Akku, Batterie

chemische Energie

heißes Wasser, heißer Dampf, heiße Luft,...

Wärmeenergie

Elektrizität in einem Kabel, geriebener Luftballon,...

elektrische Energie

Licht

Lichtenergie[2]

laufender Mensch, fahrendes Fahrrad oder Auto, rollender Ball, sich drehendes Rad,...

Bewegungsenergie mechanische Energie

zusammengedrückter Luftballon, auseinandergezogener Haargummi,...

Spannenergie

hochgelegenes Wasser in einem Stausee, ein hochgezogenes Gewicht einer mechanischen Uhr,...

Lageenergie

Fußnoten

  1. ↑ Im Vergleich zu Zimmertemperatur bei 20°C.
  2. ↑ Das Licht selbst besteht nicht aus Energie, es enthält die Energie! Was das Licht selbst ist, kann man nicht so einfach beantworten.

Links



  • Das Energiebuch ; Prof. Dr. Gottfried Falk, Prof. Dr. Friedrich Herrmann et al, Schroedel Verlag, Hannover, 1981





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