Energie

In einem Streichholz ist Energie gespeichert. Verbrennt das Streichholz, wird die Energie in Form von Wärme und Licht freigesetzt.

Energie ist so etwas wie eine Fähigkeit, etwas bewirken zu können. Etwa das bedeutet auch der griechische Ausdruck „energeia“. Von Energie sprechen wir oft im Alltag, besonders aber in der Physik.

Im Alltag sagt man zum Beispiel: „Ich habe einfach keine Energie, um mit den Schularbeiten zu beginnen.“ Das bedeutet: Ich habe keinen Antrieb, keine Lust, ich bin zu müde oder so etwas ähnliches. Man spricht dann auch von der seelischen Energie oder vom Potenzial eines Menschen. Damit sind die seine Veranlagungen und Möglichkeiten gemeint. Die Menschen verstehen darunter aber sehr verschiedene Dinge.

Klarer ist es in der Physik. Davon handelt der Artikel hier. Auch in der Physik bedeutet Energie die Fähigkeit, etwas bewirken zu können. Das zeigen die folgenden Beispiele:

Ein brennendes Streichholz ist sehr heiß; man kann sich leicht die Finger daran verbrennen. Aber ein einzelnes Streichholz kann keinen Topf kaltes Wasser zum Kochen bringen. Dabei ist es ganz egal, wie geschickt man sich anstellt: Die Fähigkeit des einzelnen brennenden Streichholzes, Dinge zu erwärmen, reicht hierfür einfach nicht aus. In der Physik sagt man: Es ist nicht genug Energie im Streichholz gespeichert. Sehr sehr viele brennende Streichhölzer könnten den Topf mit Wasser zum Kochen bringen. Gemeinsam haben sie genug Energie gespeichert.

Ein einzelnes Streichholz kann keinen Topf mit kaltem Wasser zum Kochen bringen. Eine bestimmte Menge Gas hat jedoch genug Energie dazu.

Eine einzelne Batterie aus einer Taschenlampe kann keine Straßenbahn mehrere Kilometer bergauf fahren lassen. Mit einer solchen Batterie kann man auch kein Fußballstadion eine Nacht lang hell beleuchten. In ihr ist nicht genug Energie gespeichert, um die gewünschten Dinge zu bewirken.

Energie gibt es in verschiedenen Formen. Sie kann jedoch nicht hergestellt oder vernichtet werden. Man kann sie speichern, transportieren und in andere Formen von Energie umwandeln.

Welche Arten der Energie gibt es in der Physik?

Solarpanels nutzen die Sonnenenergie.

Wasser in einem Stausee im Gebirge enthält viel Energie durch seine Lage. Es könnte nämlich herunterfließen und ein Wasserrad antreiben. Die Wissenschaftler nennen das „Lageenergie". Manche sagen hierzu auch „Potenzielle Energie". Dies bedeutet so viel wie „mögliche Energie".

Wenn das Wasser fließt, enthält es auch wieder viel Energie. Die Wissenschaftler nennen das „Bewegungsenergie" oder auch „Kinetische Energie". Dies ist die Energie der Bewegung. Das Wasser kann ein Wasserrad oder eine Turbine antreiben. Auch ein fahrendes Auto hat Bewegungsenergie. Bei einem Unfall bewirkt diese, dass sich die Blechteile am Auto verformen. Beim Bremsen bewirkt die Bewegungsenergie des Autos, dass die Bremsen warm oder sogar sehr heiß werden.

Eine Turbine wiederum kann einen Generator antreiben und dafür sorgen, dass ein elektrischer Strom fließt. Dieser transportiert Energie in elektrischer Form zu anderen Geräten wie Lampen, Elektroheizungen oder Staubsaugern.

Die Sonne liefert Lichtenergie. Die Lichtstrahlen erwärmen alle Dinge. In den Pflanzen (vor allem in den grünen Pflanzenteilen) bewirkt die Lichtenergie, dass chemische Vorgänge ablaufen, die für das Wachstum nötig sind.

Holz, Kohle oder Erdöl enthalten ebenfalls viel Energie. Man nennt sie Chemische Energie. Wenn man diese Stoffe verbrennt, wird diese Energie in Form von Wärmeenergie frei. Häufig sagt man einfach nur „Wärme“. Auch das Innere der Erde ist sehr heiß. Das Erdinnere speichert also auch eine riesige Menge von Wärmeenergie. Man sagt hier häufig einfach „Erdwärme“.

Die Atomenergie ist eine besondere Art von Energie, die in den Atomkernen gespeichert ist. In einem Atomkraftwerk entsteht Wärmeenergie bei der Spaltung von Atomkernen des Schwermetalls Uran. Auch eine Atombombe nutzt die Spaltung von Atomkernen zur Energiegewinnung: Dort verwandelt sich die Energie sehr plötzlich in Wärmeenergie, wobei dann auch eine extrem starke Druckwelle entsteht, die große Zerstörungen anrichtet.

Wie nutzt der Mensch die verschiedenen Energien?

Menschen nutzen schon lange die Energie von Feuer, um sich zu wärmen oder um Nahrung zu kochen.

Der Mensch kann keine Energie herstellen, aber auch keine vernichten. Energie gibt es im Kosmos, und zwar insgesamt immer gleich viel. Man kann jedoch Energie von einer Art in eine andere umwandeln. Dies geschieht in einem Kraftwerk, aber auch in einer Maschine, einer Lampe, einem Lautsprecher und so weiter.

Der Mensch braucht Wärme, um im Winter angenehm leben zu können. Er verbrennt deshalb Erdgas, Erdöl, Kohle oder Holz. Dies nennen wir eine Heizung. Aber auch Ziegel, Backsteine und Glas wird mit viel Wärme hergestellt. Auch zum Backen und zum Kochen braucht es viel Wärmeenergie.

Wir brauchen auch viel Energie für Bewegungen: Benzin bringt ein Auto zum Fahren. Benzin kommt aus Erdöl. Fast gleich ist es beim Flugzeug. Der Mixer hingegen macht die Bewegung aus elektrischer Energie. Die Windmühle nutzt die Kraft des Windes, um die Mahlsteine anzutreiben.

Elektrischer Strom ist eine sehr praktische Art der Energie: In der Lampe wird sie zu Licht, im Lautsprecher zu Schall, im Mixer zu Bewegung. Roboter in der Industrie brauchen Strom, um Teile von Autos zusammenzusetzen. Auch die Herstellung von Aluminium benötigt sehr viel Strom. Computer und alle weiteren elektronischen Geräte laufen mit Strom.

Gibt es immer genug von jeder Art der Energie?

Der Rotor einer Windkraftanlage wird montiert.

Die Sonne scheint jeden Tag. Auf Millionen von Jahren hinaus gibt es also genug Sonnenenergie. Man nennt das deshalb auch eine Erneuerbare Energie. Die Wasserkraft nennt man deshalb auch eine erneuerbare Energie: Die Sonne lässt Meerwasser verdunsten. Dieses sammelt sich in den Wolken und regnet wieder herab.

Die Erdwärme gehört ebenfalls zu den erneuerbaren Energien. Sie erneuert sich zwar nicht wirklich, aber es gibt sehr, sehr viel davon. Wenn der Mensch etwas davon nutzt, ist es so wenig, dass man es gar nicht messen kann.

Auch Holz zählt zu den erneuerbaren Energien da es nachwachsen kann. Man nennt es auch einen „nachwachsenden Rohstoff“. Man sollte aus einem Wald immer nur so viel Holz herausholen, wie wieder nachwächst. Man nennt dies eine „nachhaltige Bewirtschaftung“.

Von Kohle, Erdöl und Erdgas gibt es nur eine begrenzte Menge. Sie sind vor vielen Millionen Jahren entstanden, zur Zeit der Dinosaurier und auch schon davor. Tote Pflanzen wurden vom Meer überschwemmt und mit Erde zugedeckt. In sehr langer Zeit wurden daraus Kohle, Erdöl und Erdgas, die sogenannten fossilen Brennstoffe. Sollten die Menschen einmal alles davon aus der Erde geholt haben, ist es weg.

In Europa und Nordamerika haben die Menschen schon viel davon abgebaut. Heute gewinnt man viel Erdöl zum Beispiel in Saudi-Arabien und im Iran. Diese Länder haben damit schon viel Geld verdient.

Die Wissenschaftler stellen zwar verschiedene Berechnungen an, aber klar ist so viel: Wenn wir weiter so viel Öl und Gas verbrauchen wie jetzt, reicht es nicht mehr für ein ganzes Jahrhundert. Dann sind die Vorräte für alle Zeiten aufgebraucht. Man nennt sie auch die „nicht-erneuerbaren Energie-Quellen“.

Welche Probleme gibt es mit manchen Energie-Quellen?

Fässer mit radioaktiv strahlendem Abfall

In den Jahren nach 1800 kam es zur Industriellen Revolution. Die Menschen bauten große Fabriken und können seitdem viel mehr Dinge herstellen. Statt Holz oder Holzkohle verbrennen sie in der Industrie meistens Kohle, Erdöl oder Erdgas.

Das diese Energie-Quellen ausgehen, ist jedoch nicht das einzige Problem: In Kohle, Öl und Gas steckt sehr viel Kohlenstoff. Bei der Verbrennung entsteht daraus Kohlendioxid, man nennt es auch CO₂. Man sagt „Ce-o-zwei“. Davon gibt es immer mehr in der Luft. Deshalb steigen die Temperaturen auf der ganzen Welt an. Man nennt das die „globale Klimaerwärmung“. Deutschland zum Beispiel hat deshalb bereits viele Kohlekraftwerke stillgelegt.

Auch Atomenergie ist nicht „erneuerbar“. Dafür braucht man Uran oder andere Stoffe, die man aus der Erde gewinnt. In den Atomkraftwerken entstehen atomare Abfälle. Diese geben starke Strahlungen ab. Man sieht diese Strahlungen zwar nicht, aber sie machen alle Lebewesen krank oder töten sie sogar. Die atomaren Abfälle werden an bestimmten Orten auf der Welt gelagert, auch in Deutschland und der Schweiz. Die Wissenschaftler suchen immer noch nach sicheren Lagerstätten. Da aber Uran über 700 Millionen Jahre noch gefährliche Strahlung abgibt, kann man diese Sicherheit für eine so lange Zeit nicht garantieren.

Zudem ist die Atomenergie sehr gefährlich. Im Jahr 1986 explodierte ein Atomkraftwerk in der sowjetischen Stadt Tschernobyl, die heute in der Ukraine liegt. Im Jahr 2011 zerstörte ein Tsunami das Kernkraftwerk im japanischen Fukushima. Man sagt „Fukuschima“. Beide Gegenden darf man heute wegen der Strahlung nicht mehr betreten.

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  Auch in Blitzen steckt Energie.

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  Der Energie-Bogen bei einer Plasma-Lampe

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  Mit Windmühlen nutzt man schon lange die Energie des Windes.

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  Das Wasser eines Stausees schießt durch Rohre ins Tal und treibt dort eine Turbine an.

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  Eine der riesigen Turbinen des Drei-Schluchten-Staudamms in China

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  Ein Öltanker bei der Beladung

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