8 2 Verschiedene Energieformen und ihre Umwandlung Woher kommt die Fähigkeit für die Verrichtung von Arbeit? Sie wird der physikalischen Größe Energie zugeschrieben. Wie die Beispiele im vorigen Abschnitt zeigen, kann Arbeit in verschiedenen Formen als Energie gespeichert werden. Daraus ergibt sich umgekehrt die Fähigkeit der Energie, Arbeit zu verrichten. Das Uhrgewicht einer Pendeluhr kann Arbeit verrichten, weil es beim Aufziehen angehoben wurde. Ähnliches gilt für eine gespannte Uhrfeder. Uhrengewicht oder Feder können die Uhr antreiben, sie verrichten Arbeit. Die dazu notwendige Energie heißt potentielle Energie (potential energy). Sie ist gleich groß wie die Arbeit, die für das Heben des Körpers oder für das Spannen der Feder aufgewendet werden musste. Die potentielle Energie, die beim Heben eines Körpers in eine bestimmte Höhe auftritt, heißt auch Lageenergie (Abb. 2.1). Die in einem bewegten Körper, wie z. B. in einem Ball in Bewegung, gespeicherte Energie wird Bewegungsenergie oder kinetische Energie (kinetic energy) genannt. Sie ist genauso groß wie die Arbeit, die man aufwenden musste, um den Körper auf diese Geschwindigkeit zu bringen. Auf potentielle und kinetische Energie stoßen wir vor allem bei mechanischen Vorgängen. Man bezeichnet daher beide als mechanische Energieformen. Eine Energieform, die uns heute praktisch jederzeit zur Verfügung steht, ist die elektrische Energie. Schließen wir z. B. einen Staubsauger oder einen Mixer an eine Steckdose, so kann der elektrische Strom elektrische Energie transportieren und damit Arbeit verrichten. Man kann die elektrische Energie auch in einem Elektroherd für die Umwandlung in Wärmeenergie oder in einer Brennstoffzelle für die Gewinnung von Wasserstoff und Sauerstoff verwenden. Im Magnetfeld eines Elektromagnets ist magnetische Energie gespeichert. Eine dir bekannte Energieform ist die Wärmeenergie (thermische Energie). Jeder Körper besitzt eine Wärmeenergie. Diese bestimmt auch seine Temperatur. Die in Brennstoffen und chemischen Spannungsquellen gespeicherte Energie bezeichnet man als chemische Energie. Beim Verbrennen von Holz, Kohle oder Öl wird die chemische Energie in Wärmeenergie, in Batterien und Akkus in elektrische Energie umgewandelt. Unsere wichtigste Energiequelle ist die Sonne. Sie liefert uns Energie in Form von Strahlungsenergie. Auch das Radio- und Fernsehprogramm wird durch Strahlungsenergie übertragen (Abb. 2.2). Sehr große Energiemengen sind in den Atomkernen gespeichert. Die Kernenergie kann auf dem Wege der Kernspaltung oder der Kernverschmelzung (Kernfusion) freigesetzt werden (siehe Lehrbuch 4. Klasse, Kap. 65, 66). Die unterschiedlichen Energieformen lassen sich ineinander umwandeln: Versuch: Bringe ein Fadenpendel (Abb. 2.3) zum Schwingen. Dabei siehst du, dass die Geschwindigkeit beim Durchgang durch die Ruhelage am größten ist. Wie groß ist die Geschwindigkeit bei der größten Auslenkung? Beschreibe kinetische und potentielle Energie an den fünf dargestellten Punkten der Auslenkung. Woher kommt die Energie? 2.1 Lageenergie: Die potentielle Energie eines Körpers hängt von seiner Gewichtskraft G und seiner Höhe h ab. G h 2.2 Radioteleskope können sehr schwache Signale (Strahlungsenergie) von weit entfernten Sternen empfangen. Durch die Beobachtung des Sternenhimmels mit Radioteleskopen konnten wichtige astronomische Entdeckungen gemacht werden. 2.3 Beim Pendel wird kinetische Energie in potentielle Energie umgewandelt und umgekehrt. Bei großer Geschwindigkeit (blaue Pfeile) des Pendelkörpers, ist auch seine kinetische Energie groß. Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv
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