Energie

Die Gondoliere am Gemälde müssen sich ganz schön anstrengen, um ihre Gondeln voranzutreiben. Dabei verbrauchen sie ganz schön viel Energie. Was ist Energie eigentlich? Welche Formen von Energie gibt es? Wie wird Strom auf Wasserkraft oder Kernenergie erzeugt?

Energie ist die Fähigkeit, Arbeit zu verrichten. Wird ein Objekt gegen eine Kraftwirkung bewegt, so wird dabei Energie verbraucht. Energie tritt in unterschiedlichen Formen auf und kann gespeichert werden. Energie kann nicht erzeugt oder vernichtet werden. In jedem abgeschlossenen System gilt die Energieerhaltung, d.h. die Summe aller Energien ist konstant. Um Energie für uns nutzbar zu machen, müssen wir sie meistens umformen.

Kinetische Energie:
Sie beschreibt die Energie, die ein Objekt, welches sich relativ zu einem anderen bewegt, in Bezug auf dieses hat. Sie wird durch folgende Gleichungen beschrieben:
E=m.v²/2  bzw.  E=m.a
Wobei m die Masse, v die Relativgeschwindigkeit und a die zugehörige Beschleunigung darstellt.

Potentielle Energie:
Sie bezeichnet jene Energie, die ein Objekt in einem äußeren Kraftfeld besitzt. Sie ist von der Position des Objektes im Feld abhängig. Als Beispiel ergibt sich für das Gravitationsfeld eines Himmelskörpers auf dem Newtonschen Gravitationsgesetz:

E=G*m*M/r

Wobei G die Gravitationskonstante, m die Masse des betrachteten Objektes, M die Masse des Himmelskörpers und r den Abstand der Mittelpunkte der Himmelskörper bezeichnet.
Die Summe aus kinetischer und potentieller Energie in einem geschlossenen System ist immer konstant und wird als mechanische Energie bezeichnet.

Thermische Energie:
Als thermische Energie wird jene Energie, die in den ungeordneten Schwingungen (bei Festkörpern und Flüssigkeiten), Bewegungen (bei Gasen) und Rotationen (bei Stoffen, die aus Molekülen und nicht aus Atomen bestehen) gespeichert ist, bezeichnet. Sie hängt von der Temperatur eines Stoffes ab:

E=m.c.T

mit c als spezifische Wärmekapazität und T als absoluter Temperatur.

Elektrische Energie:
Sie beschreibt die Energie elektrischer Felder und bildet sich aus dem Produkt von Spannung (U), Stromstärke (I) und der Zeitdauer (t):

E=U.I.t

Es gibt noch weitere Formen der Energie, wie die elektromagnetische Energie oder die Kernenergie, aber diese lassen sich mathematisch nicht so leicht beschreiben.

Im Studium der Technischen Physik werden alle Energieformen und Umwandlungsmöglichkeiten behandelt.