Energieformen und Energieerhaltung
Ein Skater rollt die Halfpipe hinunter, wird schneller, rollt auf der anderen Seite wieder hoch und wird langsamer. Dabei wandelt sich ständig Lageenergie in Bewegungsenergie um und zurück. Die Summe bleibt gleich – das ist der Energieerhaltungssatz.
Die wichtigsten Energieformen
| Energieform | steckt in … | Formel |
|---|---|---|
| Lageenergie (potentielle Energie) | gehobenen Körpern: Wasser im Stausee, Apfel am Baum | Epot = m · g · h |
| Bewegungsenergie (kinetische Energie) | bewegten Körpern: fahrendes Auto, Wind | Ekin = ½ · m · v² |
| Spannenergie | gespannten Federn, Bogen, Gummi | E = ½ · D · s² |
| Thermische Energie (innere Energie) | der Bewegung der Teilchen eines warmen Körpers | ΔE = c · m · ΔT |
| Elektrische Energie | Strom aus Steckdose oder Batterie | E = U · I · t |
| Chemische Energie | Nahrung, Benzin, Holz, Akku | – |
| Strahlungsenergie | Licht, Wärmestrahlung | – |
| Kernenergie | Atomkernen (Sonne, Kernkraftwerk) | – |
Lageenergie und Bewegungsenergie berechnen
Epot = m · g · h Ekin = ½ · m · v²
Die Lageenergie hängt davon ab, von welcher Höhe aus man misst – das Nullniveau darf man frei wählen, meist der Boden. Bei der Bewegungsenergie geht die Geschwindigkeit quadratisch ein: Doppelte Geschwindigkeit bedeutet vierfache Energie. Deshalb sind Unfälle bei hohem Tempo so viel gefährlicher.
Beispiel: Ball fällt vom Balkon
Ein Ball (0,5 kg) fällt aus 5 m Höhe. Oben: Epot = 0,5 kg · 9,81 m/s² · 5 m ≈ 24,5 J.
Unten ist diese Energie (ohne Luftwiderstand) vollständig Bewegungsenergie: ½ · 0,5 kg · v² = 24,5 J ⇒ v = √(2 · 24,5 J / 0,5 kg) ≈ 9,9 m/s.
Solche Rechnungen kannst Du mit dem Energie-Rechner nachprüfen.
Der Energieerhaltungssatz
Energieerhaltungssatz
Energie kann weder erzeugt noch vernichtet werden. Sie wird nur umgewandelt oder übertragen. In einem abgeschlossenen System bleibt die Gesamtenergie gleich.
Beim Pendel, beim Trampolin oder bei der Achterbahn kannst Du die Umwandlung gut verfolgen. Am höchsten Punkt ist die Lageenergie am größten und die Bewegungsenergie am kleinsten, am tiefsten Punkt umgekehrt.
Energieumwandlungsketten
Oft durchläuft Energie mehrere Stationen. Man stellt das als Kette dar:
Wasser im Stausee: Lageenergie→strömendes Wasser: Bewegungsenergie→Generator: elektrische Energie→Lampe: Licht + Wärme
Typischer Fehler
„Die Energie ist weg, wenn der Ball liegen bleibt.“ Sie ist nicht weg – sie wurde durch Reibung und Verformung in thermische Energie umgewandelt. Ball und Boden sind ein kleines bisschen wärmer geworden. Ein Perpetuum mobile, das ewig ohne Energiezufuhr läuft, kann es deshalb nicht geben.
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