Energie

Ist dir schon mal die Energie ausgegangen? Ohne Kraftstoff, leere Batterie, es geht einfach nicht? Energie – manchmal bemerkst du sie nicht einmal, bis keine mehr da ist. Aber was ist das eigentlich, Energie? Energie kann ein voller Benzintank sein.

Oder ein gut ausgeruhter Körper nach einem deftigen Mittagessen. Oder der Aufenthalt auf einer Hügelspitze. Warte mal! Einfach nur irgendwo sein, wie kann das Energie sein? Na ja, wo sonst sollte die Geschwindigkeit herkommen, wenn du bergab rollst?

Die Bewegung den Hügel hinunter ist auch eine Form von Energie. Genug Energie, um dich ein Stück nach oben zu bringen – auf den nächsten Hügel! Hast du bemerkt, was da passiert ist? Energie in Form eines Aufenthalts auf einer Hügelspitze wurde in Energie in Form von Bewegung umgewandelt und dann wieder zurück – zum Aufenthalt auf der Hügelspitze! Okay, es gibt Energie in verschiedensten Formen.

Es kann Benzin im Tank sein oder Nahrung im Magen. Das sind zwei Beispiele für chemische Energie. Und es kann stehenderweise auf einer Bergspitze sein, mit dem Potential hinunterzufahren. Potentielle Energie. Oder im Leerlauf bergab zu fahren.

Das ist ein Beispiel für kinetische Energie. Es gibt sogar noch mehr Energieformen. Wärme zum Beispiel. Kernenergie, die wir aus Kernkraftwerken erhalten. Licht ist auch eine Energieform: Strahlungsenergie.

Und Töne. Schallwellen sind ebenso eine Form von Energie. Energie hat eine markante Eigenschaft: sie kann nicht zerstört werden. Und Energie kann nicht erzeugt werden. Energie kann nur umgewandelt werden, von einer Form in eine andere.

Als Philipp seinen Roller den ersten Hügel hinaufschob, wurde die chemische Energie in seinen Muskeln in Bewegung oder kinetische Energie umgewandelt. Als Philip dann die Hügelspitze erreichte, hatte er die kinetische Energie in potentielle Energie umgewandelt. Und als er den Hügel hinunterrollte, wurde die potentielle Energie zurück in kinetische Energie umgewandelt. Energie, die sich ständig in neue Formen umwandelt. Vielleicht hast du bemerkt, dass er auf dem zweiten Hügel nicht so hoch gekommen ist wie auf dem ersten Hügel?

Ein Teil der Energie ist unterwegs als Reibung entwichen – und wurde zu Wärme: Abwärme. Du findest diese Art von Energieumwandlungsketten überall um dich herum. In einem Kernkraftwerk wird Kernenergie in elektrische Energie umgewandelt. (und einige Abwärme) Elektrische Energie fließt durch Drähte zu Glühbirnen, wo sie in Strahlungsenergie umgewandelt wird. (und eine ganze Menge Abwärme) Irgendwo anders weht Wind bei einem Windkraftrad. Die kinetische Energie vom Wind wird als Rotationsenergie gespeichert. (Und einige Abwärme von der Reibung in der Turbine) Die Drehbewegung wird im Generator in elektrischen Strom umgewandelt. (und einige Abwärme) Eine Batterie wird mit Strom geladen und verwandelt diesen in chemische Energie. (und einige Abwärme) Die Batterie speist einen Motor mit elektrischer Energie. (und einige entweichende Energie) Der Motor wandelt die elektrische Energie in Bewegung um. Und einige Wärme natürlich.

Und so weiter. Jedes Stück des Puzzles ist ein Vorgang, bei dem Energie umwandelt wird. Es gibt eine Eingabe mit einer Energieform, dann geschieht etwas, und es kommt zu einer Ausgabe mit einer Energieform. Und ein Teil geht auf dem Weg verloren. Messen wir die eingehende Energiemenge in einem Vorgang wie diesem und vergleichen sie mit der ausgehenden Energiemenge, bekommen wir ein Maß dafür, wie effektiv dieser Vorgang ist.

Dieses Verfahren nennt man Effizienz. Je mehr Energie in dem Vorgang verloren geht, desto geringer ist die Effizienz. Wir können die Effizienz eines einzelnen Vorgangs oder einer gesamten Vorgangskette wie diese messen. Einige Methoden, mit denen man Strom erzeugt, sind sehr effizient. Ein Wasserkraftwerk zum Beispiel, wandelt mehr als 90 Prozent der kinetischen Energie des Wassers in Elektrizität um.

Ein Kohlekraftwerk schafft es hingegen selten auf mehr als ein Drittel. Der Unterschied kommt daher, dass Wärme eine sehr unordentliche Energieform ist. Die Teilchen schwingen und sausen zufällig in allen Richtungen herum. Elektrische Energie – und Wasser hinter einer Staumauer – sind hingegen eher ordentliche Energieformen. Die Elektronen und die Wassermoleküle bewegen sich gleichzeitig in dieselbe Richtung.

Es ist immer einfacher, von Ordnung zu Unordnung zu gehen als von Unordnung zu Ordnung. Zwei wichtige Erkenntnisse: Energie kann weder zerstört noch erzeugt, sondern nur umgewandelt werden. Und es ist einfacher, von einer ordentlichen Energieform zu einer unordentlichen Energieform zu wechseln als andersherum.