Energie: Formen, Umwandlung und Erhaltung

Bei einer Energieumwandlung ändert Energie ihre Form. Bei einem aufgezogenen Spielzeugauto steckt Energie in der gespannten Feder. Beim Losfahren wird daraus Bewegungsenergie. Reibung erwärmt Rad und Untergrund. Eine Energiekette zeigt diese Reihenfolge.

Eine Energiequelle stellt Energie bereit, etwa die Sonne. Ein Energieträger kann sie speichern und weitergeben, etwa Benzin. Eine Energieform beschreibt, wie Energie vorliegt. Energie kann auch von einem Ort zum anderen gelangen, zum Beispiel durch ein Kabel oder als Wärme.

Wenn Energie weder von außen dazukommt noch nach außen gelangt, bleibt die gesamte Energie erhalten. Das nennt man ein abgeschlossenes System. In einer idealen Halfpipe ohne Reibung würde ein Skateboarder auf der Gegenseite wieder die Ausgangshöhe erreichen. In Wirklichkeit bremsen Reibung und Luft. Dabei erwärmen sich Skateboard, Bahn und Umgebung. Der Skateboarder erreicht ohne weiteren Antrieb eine geringere Höhe.

Eine Systemgrenze ist eine gedachte Linie. Sie zeigt, welche Dinge du bei der Energie mitzählen willst. Betrachtest du nur einen Ball, bringt eine anschiebende Hand Energie von außen hinein. Betrachtest du Hand und Ball zusammen, liegt die Hand innerhalb deiner Grenze.

Ein Zug wird beim Bremsen langsamer. Bremsen, Räder, Schienen und Umgebung werden warm. Die Energie ist noch da, aber diese verstreute Wärme lässt sich schwerer wieder zum Fahren nutzen. Das nennt man Energieentwertung.

In höheren Klassen berechnest du die Energie eines fallenden Körpers aus seiner Masse, Höhe und Geschwindigkeit. Du legst zuerst fest, welche Höhe als Null zählt. Ohne Luftwiderstand wird beim Fallen Lageenergie zu Bewegungsenergie. Die Erde und den Körper betrachtest du dabei zusammen.

Ein einfaches Beispiel: Ein Körper hat am Anfang 60 Joule Energie. In einer tieferen Lage stecken noch 20 Joule in seiner Höhe. Die übrigen 40 Joule gehören zu seiner Bewegung. Du ziehst also den verbleibenden Anteil vom gesamten Anteil ab.