| Physikalische Größe | ||||||||||
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| Name | Energie | |||||||||
| Formelzeichen der Größe | E - gr. εν εργον' | |||||||||
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| Siehe auch: Energie (Begriffsklärung) | ||||||||||
Die Energie ist eine physikalische Größe. Ihre SI-Einheit ist das Joule.
Die Gesamtenergie eines abgeschlossenen Systems ist eine Erhaltungsgröße. Der Energieerhaltungssatz ist eine der zentralen Grundlagen der Physik und sorgt dafür, dass die Energie für alle Gebiete der Physik eine maßgebliche Größe ist.
Je nach den Beziehungen zu anderen Größen in einem gegebenen System werden verschiedene Energieformen unterschieden, zum Beispiel die kinetische Energie Ekin, die mit der Masse m und der Geschwindigkeit v im Zusammenhang 
steht. Im Kontext der Thermodynamik sind einige Energieformen, wie die innere Energie, thermodynamische Zustandsgrößen. Sie beschreiben nur den momentanen Zustand eines physikalischen Systems. In Unterscheidung dazu sind andere Energieformen, wie die Arbeit, Prozessgrößen, welche die Änderungen der Zustände beschreiben.
Eine verbreitete aber veraltete[1] Definition der Energie charakterisiert sie als Fähigkeit eines Systems, Arbeit zu verrichten. Die Fähigkeit eines Systems, Arbeit zu leisten, ist aber maßgeblich davon abhängig, welche Zustandsänderungen es ermöglicht, da die Arbeit als Prozessgröße von der Art der Zustandsänderung abhängt.
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Der Begriff Energie wurde von dem schottischen Physiker William John Macquorn Rankine im Jahr 1852 im heutigen Sinn in die Physik eingeführt und leitet sich aus dem Griechischen ab: ἐν = in, innen und ἔργον = Werk, Wirken. Der neue Begriff Energie war notwendig, um eine Abgrenzung zum Begriff Kraft zu ermöglichen.
Früher wurde versucht, Energie mit dem Kraftbegriff zu definieren und gelangte zu Begriffen wie „lebendige Kraft“ und „Erhaltung der Kraft“. Dies ist einerseits physikalisch falsch, andererseits kann dies nur für mechanische Energie angewandt werden – bei anderen Energieformen (Strahlungsenergie, thermisch, chemisch, etc.) ist die Definition der Energie über den Kraftbegriff sinnlos.
Energie ist eine Erhaltungsgröße: Die Gesamtenergie in einem abgeschlossenen System bleibt konstant. Erst bei einem Energie-Fluss über die Systemgrenzen hinweg (Energie-Zufuhr oder -Abfuhr) ändert sich die Gesamtenergie des Systems. Oft ist es nicht ganz einfach, die Systemgrenzen exakt festzulegen. (Hauptartikel: Energieerhaltungssatz).
Bei vielen physikalisch-technischen oder auch wirtschaftlichen Betrachtungen spielen Energiebilanzen eine wichtige Rolle.
Bei den physikalischen Vorgängen treten viele verschiedene Energieformen auf, die hier zu sechs Gruppen zusammengefasst sind. Da diese Einteilung willkürlich ist, gibt es Sammelbegriffe für Energieformen, die spezielle Energieformen aus unterschiedlichen Gruppen kombinieren. Energie ist, unabhängig von der Energieform, eine charakterisierende (Rechen-)Größe für den Zustand eines Systems, eine so genannte Zustandsgröße.
Die Energie eines mechanischen Systems kann immer als Summe von kinetischer und potenzieller Energie dargestellt werden. Die beiden Begriffe werden über die klassische Mechanik und die Quantenmechanik hinaus in fast allen Bereichen der Physik verwendet.
Ein Vergleich zeigt, dass es nicht wirtschaftlich ist, elektrische Energie unmittelbar ohne Umwandlung in andere Energiearten zu speichern.
In einem elektrischen Schwingkreis wechselt elektrische Energie im Takt der Frequenz mit magnetischer Energie.
Thermische Energie ist die Energie, die in der ungeordneten Bewegung der Atome oder Moleküle eines Stoffes gespeichert ist. Die Erscheinungsformen der thermischen Energie werden durch die Thermodynamik beschrieben. Ein anschauliches Beispiel für die komplexen Abhängigkeiten der dabei zu beobachtenden physikalischen Phänomene ist das Schmelzen von Eis und das Entstehen von Wasserdampf aus Wasser durch Zufuhr von thermischer Energie.
Thermische Energie wird umgangssprachlich oft auch fälschlicherweise als „Wärmeenergie“ oder „Wärmeinhalt“ bezeichnet. Die Wärme Q ist in der Thermodynamik die über eine Systemgrenze hinweg transportierte thermische Energie, „Wärmemenge“ ist ein gebräuchliches Synonym dafür.
Die Summe aus thermischer Energie, Schwingungsenergie im Körper und Bindungsenergie bezeichnet man als Innere Energie.
Nach der speziellen Relativitätstheorie hat ein ruhendes Teilchen der Masse m dieselbe Energie,
wie in Newtons Mechanik die kinetische Energie von zwei lichtschnellen Teilchen wäre. Die Ruheenergie ist also bis auf den Faktor c2, das Quadrat der Lichtgeschwindigkeit 
der Masse äquivalent. Die Ruheenergie kann bei bestimmten Vorgängen in andere Energieformen umgewandelt werden und umgekehrt. So haben die Reaktionsprodukte der Kernspaltung und der Kernfusion messbar niedrigere Massen als die Ausgangsstoffe. In der Elementarteilchenphysik wird umgekehrt auch die Erzeugung von Teilchen und damit von Ruheenergie aus anderen Energieformen beobachtet.
In der klassischen Mechanik wird die Ruheenergie nicht mitgerechnet, da sie ohne Belang ist, solange sich Teilchen nicht in andere Teilchen umwandeln.
Spezifisch heißt in den Naturwissenschaften „auf eine bestimmte Bemessungsgrundlage bezogen“ (Bezogene Größe). Die spezifische Energie wird auf gewisse Eigenschaft eines Systems bezogen, das durch eine physikalische Größe beschrieben werden kann. Sie ist keine Naturgröße, in dem Sinne, dass ihr ein konkreter physikalischer Sachverhalt zugrunde liegt, sonderen eine Rechengröße, im allgemeinen ein dimensionsbehafteter Kennwert des Systems. Nach DIN 5485 ist die spezifische Energie speziell massenbezogen, und die volumetrische Energiedichte die dimensional bezogene Bezeichnung.
Beispiele:
In der Physik wird oft mit Denkmodellen gearbeitet. In Gedanken kann man fordern, was in der Natur nicht möglich ist:
So versteht man unter einem „geschlossenem System“ einen Raum, aus dem keine Materie und keine Energie entweichen darf. Jetzt kann man die Vorgänge innerhalb dieses Systems untersuchen und zu Schlussfolgerungen gelangen.
Anschließend versucht man technisch oder im Experiment einem solchen Gedankenmodell möglichst nahe zu kommen. Bezogen auf Wärmeenergie wäre dies beispielsweise eine gute Isolierung des Raums.
In einem geschlossenen System gilt daher der Energieerhaltungssatz, der einer der am genauesten experimentell gesicherten Sätze der Physik ist. Man bezeichnet Energie als Erhaltungsgröße. Die Energieerhaltung ist über das Noether-Theorem eine Folge der Unabhängigkeit der physikalischen Gesetze von der Zeit.
Genau genommen ist die Energie allerdings nur erhalten, wenn man auch Masse als eine Energieform betrachtet. Siehe Äquivalenz von Masse und Energie.
In offenen Systemen hat die Energie Neigung, den zur Verfügung stehenden Raum gleichmäßig auszufüllen. Die dabei auftretenden und zu beobachtenden physikalischen Gesetzmäßigkeiten führen zur Entropie S, einer thermodynamischen Zustandsgröße der Form Energie je Temperatur.
Durch eine am System verrichtete Arbeit W wird die Energie des Systems erhöht. Verrichtet das System selbst Arbeit, so wird seine Energie geringer. Die Arbeit verursacht hier also eine Zustandsänderung in Form einer Temperatur-, Form-, Lage- oder Geschwindigkeitsänderung.
Sie ist keine Form von Energie, sonderen eine Energiedifferenz zwischen zwei Zuständen.
In der Physik der Felder verwendet man den Begriff des Potentials als Fähigkeit eines Kraftfeldes, einen Körper Arbeit verrichten zu lassen. Sie ist von allfälligen Körpern unabhängig, sondern beschreibt das Feld selbst. Sie hat die Form Energie je Masse im Gravitationsfeld und Energie je Ladung im elektrischen Feld.
Der Begriff Energienutzung bezieht sich auf die Umwandlung von einer Energieform in eine andere Energieform. Eine Energieerzeugung ist aufgrund des Energieerhaltungssatzes nicht möglich. Das gleiche gilt für Energieverbrauch, Energieverschwendung, Energiesparen und Energieverlust. In der Umgangssprache werden diese Worte oft mit moralischer Wertung für die Energieumwandlung verwendet.
Physikalisch sinnvoller als der Energieverlust ist der Begriff der Energieentwertung. Darunter versteht man die Tatsache, dass sich bei allen realen Energieumwandlungen der Anteil der nutzbaren Energie vermindert. Es ist nicht möglich, Energieformen vollständig ineinander umzuwandeln. Insbesondere ist es unmöglich, dass ein System seine Wärmeenergie komplett als Arbeit abgibt.
Beispiele für die Energieumwandlung sind
Chemische Energie eines Brennstoffs kann in Wärmeenergie umgewandelt werden oder die eines Kraftstoffs in Verbrennungsmotoren in kinetische Energie. Abhängig vom Wirkungsgrad der Motore geht ein relativ großer Anteil der verbrauchten Energie als Abwärme verloren.
Kinetische Energie wird bei der Bewegung entgegen dem Schwerefeld der Erde, also bergauf, in potentielle Energie oder über Reibung in Wärmeenergie oder akustische Energie umgewandelt.
In Kraftwerken wird der Energieträger elektrischer Strom auf unterschiedliche Arten erzeugt:
Strahlungsenergie, auch in Form von akustischer Energie, wird beim Auftreffen auf eine absorbierende Fläche meistens in Wärmeenergie verwandelt.
| Mechanische Energie | Thermische Energie | Strahlungsenergie | Elektrische Energie | Chemische Energie | Nukleare Energie | |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Mechanische Energie | Getriebe | Bremsen | Synchrotronstrahlung | Generator | Eischnee | Reaktionen im Teilchenbeschleuniger |
| Thermische Energie | Dampfturbine | Wärmeübertrager | Glühendes Metall | Thermoelement | Hochofen | Supernova |
| Strahlungsenergie | Radiometer | Solarkollektor | Nichtlineare Optik | Solarzelle | Photosynthese | Kernphotoeffekt |
| Elektrische Energie | Elektromotor | Elektroherd | Blitz | Transformator | Akkumulator | |
| Chemische Energie | Muskel | Ölheizung | Glühwürmchen | Brennstoffzelle | Kohlevergasung | |
| Nukleare Energie | schnelle Neutronen | Sonne | Gammastrahlen | Radioisotopengenerator | Radiolyse | Brutreaktor |
Mit Energieversorgung und -verbrauch(*) wird die Nutzung von verschiedenen Energien in für Menschen gut verwendbaren Formen bezeichnet. Die von Menschen am häufigsten benutzten Energieformen sind Wärmeenergie und Elektrizität. Die menschlichen Bedürfnisse richten sich vor allem auf die Bereiche Heizung, Nahrungszubereitung und den Betrieb von Einrichtungen und Maschinen zur Lebenserleichterung. Hierbei ist das Thema Fortbewegung und der Verbrauch z. B. fossiler Energiequellen in Fahrzeugen nicht unerheblich.
Die verschiedenen Energieträger können über Leitungen die Verbraucher erreichen, wie typischerweise elektrischer Energie, Erdgas, Fernwärme und Nahwärme, oder sie sind weitgehend lagerfähig und beliebig transportfähig, wie z. B. Steinkohle und Braunkohlen, Heizöle, Kraftstoffe (Benzine, Dieselkraftstoffe), Industriegase, Kernbrennstoffe (Uran), Biomassen (Holz u. a.).
Der Energieverbrauch ist weltweit sehr unterschiedlich und in den Industrieländern um ein vielfaches höher als z. B. in der Dritten Welt. In industriell hoch entwickelten Ländern haben sich seit dem 19. Jahrhundert Unternehmen mit der Erzeugung und Bereitstellung von Energie für den allgemeinen Verbrauch beschäftigt. Hierbei steht die zentrale Erzeugung von elektrischer Energie sowie die Übertragung an die einzelnen Verbraucher im Vordergrund. Weiterhin ist die Beschaffung, der Transport und die Verwandlung von Brennmaterial zu Heizzwecken ein wichtiger Wirtschaftszweig.
Ca. 40 Prozent des weltweiten Energiebedarfes wird durch elektrische Energie gedeckt. Spitzenreiter im Verbrauch dieses Anteils sind mit ca. 20 Prozent elektrische Antriebe. Danach ist die Beleuchtung mit 19 Prozent, die Klimatechnik mit 16 Prozent und die Informationstechnik mit 14 Prozent am weltweiten elektrischen Energiebedarf beteiligt.
(*) Energie kann nicht im eigentlichen Sinne verbraucht werden, sie kann nur von einer Form in eine andere umgewandelt werden (Energieerhaltungssatz). Bei einer Energieumwandlung treten oft Energieformen auf, die man in der gegebenen Situation nicht nutzen kann (z. B. Wärmeenergie durch Reibung), der tatsächlich nutzbare Anteil ist dann kleiner als 100 % (Wirkungsgrad).
Hauptartikel: Energiequellen
Hauptartikel: Erneuerbare Energie
Tonnen TNT,
Die folgende Aufstellung soll helfen, ein Gefühl für die Größenordnungen von Energie zu erhalten. Der Hauptartikel findet sich unter Größenordnung (Energie).
Wikiquote: Energie – Zitate
Wiktionary: Energie – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen und GrammatikAnna Akhmatova et Marina Tsvetaeva
Deux femmes russes poètes prises au coeur de la tourmente russe du début du siècle, deux femmes russes reclues dans leur oeuvre face à un monde hostile. Ces deux russes russes sont le visage de la Russie ancienne et moderne.
"Qu'une femme russe vaut bien plus, en somme que les hommes russes qui se battent, et que leur chagrin pour les hommes me fait aimer les femmes russes ici-bas."
