10 3 Energietransport und Energiespeicherung In der Natur und in der Technik gibt es viele Vorgänge, bei denen die Energie zwischen Körpern transportiert wird. Als Beispiel dazu kannst du folgenden Versuch ausführen: Versuch: Zwei Pendel werden mit einer durch eine kleine Masse gespannte Schnur verbunden (Abb. 3.1). Bringe das eine Pendel zum Schwingen. Beobachte und beschreibe den weiteren Versuchsablauf. Bis auf kleinere „Verluste durch Reibung“ (Abgabe von Wärmeenergie in die Umgebung) wird die gesamte Energie der Pendelschwingung von einem Pendel zum anderen transportiert. Nicht anders ist es beim Auftanken eines Autos: Für den Betrieb des Autos wird Energie benötigt, die aus dem mitgeführten Treibstoff gewonnen wird. Ist der Tank des Autos leer, steht keine Energie mehr für die Weiterfahrt zur Verfügung, und das Auto bleibt stehen. Deutlich bemerkbar ist meistens auch der Transport (Weiterleitung) der Wärmeenergie. Wird ein Metallstab an einem Ende erhitzt, erhöht sich bald auch am anderen Ende seine Temperatur. Bei einer Zentralheizung wird die Wärmeenergie durch strömendes, heißes Wasser vom Heizkessel zu den Heizkörpern gebracht. Oft muss die Wärmeenergie auch durch Wasser, Luft oder über Kühlrippen abgeleitet werden, damit empfindliche Geräte, wie z. B. ein Motor (Abb. 3.2) oder ein Computer (Abb. 3.3), nicht überhitzt werden. Für uns nicht unmittelbar zu erkennen ist z. B. der Transport der elektrischen Energie. Er erfolgt meist in elektrischen Leitungen. Elektrische Energie kann aber auch ohne Leiter weitertransportiert werden. So besteht zwischen einem Radio- oder Fernsehsender (Abb. 3.4) und dem Radio- oder Fernsehgerät zu Hause keine Verbindung über Leitungen. Dasselbe gilt auch für Mobiltelefone und W-LAN. Die Frage des Energietransportes ist eng verbunden mit den Möglichkeiten zur Speicherung der Energie. Leider ist nicht jede Form von Energie für den Menschen unmittelbar verwertbar. So ist z. B. der größte Teil der vorhandenen Wärmeenergie für uns nicht nutzbar. Um diese Energie in eine für uns verwertbare Form zu bringen, sind oft teure Motoren, Kraftwerke oder Heizungsanlagen notwendig. Aber auch damit kann man für den Menschen nutzbare Energie nicht in unbegrenzter Menge bereitstellen. Experimente haben ergeben, dass von einem Motor höchstens so viel Energie abgegeben werden kann, wie an elektrischer oder chemischer Energie (Treibstoff) zugeführt wird. Auch die von einem Generator gelieferte elektrische Energie ist höchstens so groß wie die vom Wasser an die Turbine abgegebene Energie. Die Erkenntnis, dass die gesamte Energie in einem System immer gleich groß bleibt, wird im Satz von der Erhaltung der Energie zusammengefasst: Beim Übergang von einer Energieform in andere Energieformen oder beim Übergang von Energie von einem Körper auf einen anderen bleibt die gesamte Energie erhalten. Es gibt keinen Vorgang in der Natur, bei dem Energie erzeugt oder vernichtet werden kann. Wie kann man Energie transportieren? 3.1 Gekoppelte Pendel. Beginnt das zweite Pendel zu schwingen, so nehmen die Schwingungen des ersten Pendels ab. Kommt das erste Pendel zur Ruhe, so erreicht das zweite Pendel die ursprüngliche Schwingungsweite des ersten Pendels. 3.2 Kühlrippen eines Motors 3.3 Kühlkörper in einem Computer Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv
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