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Energieformen und Energieträger

Energie kann in unterschiedlichen Formen existieren. Wichtige Energieformen sind die chemische Energie, die innere Energie, die Kernenergie, die potenzielle und die kinetische Energie sowie die Energie, die in elektrischen und magnetischen Feldern gespeichert ist (Lichtenergie, elektrische Energie, magnetische Energie), und diejenige, die in Gravitationsfeldern gespeichert ist (Feldenergie).
Objekte, die Energie besitzen, nennt man Energieträger oder Energiequellen. Zu solchen Energieträgern oder Energiequellen gehören Kraftstoffe und Heizstoffe ebenso wie die Nahrung, fließendes und angestautes Wasser, Batterien oder aufgeladene Kondensatoren. Als Energiequellen betrachtet man auch Solarzellen und Sonnenkollektoren, die Sonne und andere Sterne oder spaltbare Stoffe wie Uran oder Plutonium.

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Energieformen und Energieträger

Energie kann in unterschiedlichen Formen existieren. Wichtige Energieformen sind die chemische Energie, die thermische Energie, die Kernenergie, die potenzielle Energie und die kinetische Energie sowie die Energie, die in elektrischen und magnetischen Feldern gespeichert ist (Lichtenergie, elektrische Energie, magnetische Energie).

  • Elektrischer Strom und elektrische Felder besitzen Energie. Elektrische Energie und Feldenergie sind Energieformen.

Bild 2 gibt einen Überblick über die wichtigsten Energieformen und zeigt auch Beispiele, wo die betreffende Energieform auftritt.

  • Übersicht über einige wichtige Energieformen

Kraftstoffe (z.B. Benzin, Dieselkraftstoff), Brennstoffe (Braunkohle, Steinkohle, Erdgas, Torf, Holz, Heizöl), fließendes und angestautes Wasser, der elektrische Strom, Nahrungsmittel oder die Sonne besitzen Energie. Das gilt ebenfalls für Wind und Biomasse, für Batterien und Monozellen. In den betreffenden Körpern ist Energie gespeichert, die für unterschiedliche Zwecke genutzt werden kann. Allgemein gilt:

Energieträger oder Energiequellen sind Körper, die Energie besitzen oder gespeichert haben.

  • Die Sonne ist unsere wichtigste Energiequelle

Einen Überblick darüber, wie viel Energie in verschiedenen Energieträgern gespeichert ist und in welchen Energieformen sie vorliegt, gibt die Übersicht in Bild 4.

  • Beispiele für Energieträger

Nicht erneuerbare und erneuerbare Energieträger


In Deutschland und vielen anderen Ländern werden gegenwärtig als wichtigste Energieträger Erdöl, Erdgas, Braunkohle und Steinkohle genutzt. Diese Energieträger sind auf der Erde vor Millionen von Jahren unter ganz speziellen Bedingungen entstanden. Sie können unter heutigen Bedingungen bzw. in überschaubarer Zeit auf der Erde nicht neu entstehen. Man nennt deshalb solche Energieträger auch nicht erneuerbare Energieträger. Es ist heute schon absehbar, dass sie der Menschheit nicht beliebig lange in ausreichender Menge zu Verfügung stehen.

Daneben gibt es eine Reihe von Energieträgern, die nachwachsen(Holz, Biomasse) oder die immer wieder von Neuem nutzbar sind (Wind, Wasser, Sonnenstrahlung, Gezeiten, Erdwärme). Man nennt sie deshalb erneuerbare Energieträger oder regenerative Energieträger. Auch die Bezeichnung alternative Energieträger oder alternative Energien ist üblich.

Bild 5 gibt einen Überblick über die wichtigsten erneuerbaren Energieträger bzw. Energiequellen und Möglichkeiten ihrer technischen Nutzung. Insgesamt ist der Anteil der erneuerbaren Energieträger an der genutzten Gesamtenergie noch relativ gering. Unbestritten ist aber die Notwendigkeit, erneuerbare Energieträger verstärkt zu nutzen.

  • Erneuerbare Energien und ihre technische Nutzung
Lernhelfer (Duden Learnattack GmbH): "Energieformen und Energieträger." In: Lernhelfer (Duden Learnattack GmbH). URL: http://www.lernhelfer.de/index.php/schuelerlexikon/physik-abitur/artikel/energieformen-und-energietraeger (Abgerufen: 20. May 2025, 22:37 UTC)

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Selbstorganisation

In der Natur kann man die Ausbildung vielfältiger Strukturen (Kristalle, Zellen, Wirbel, Wolkenformen) beobachten. Dabei bilden sich unter bestimmten Bedingungen aus zunächst unstrukturierten oder wenig strukturierten Zuständen Strukturen heraus. Da diese Vorgänge von selbst ablaufen, wenn die erforderlichen Bedingungen vorliegen, spricht man von Selbstorganisation. Die Theorie der Selbstorganisation, die ab etwa 1970 entwickelt wurde, bezeichnet man auch als Synergetik. Gegenstand der Synergetik ist die Erforschung der spontanen Bildung von Strukturen. Selbstorganisation bedeutet eine Erhöhung der Ordnung im System, die mit einer Entropieminderung verbunden ist.

Lenzsches Gesetz

HEINRICH FRIEDRICH EMIL LENZ (1804-1865) entdeckte 1833 bei seinen Untersuchungen zum elektrischen Strom und zu der von MICHAEL FARADAY (1791-1867) erforschten elektromagnetischen Induktion, dass die Richtung des Induktionsstromes nicht zufällig ist. Sie steht vielmehr in ursächlichem Zusammenhang mit der jeweiligen Ursache für das Entstehen einer Induktionsspannung. Es gilt:

Der Induktionsstrom ist stets so gerichtet, dass er der Ursache seiner Entstehung entgegenwirkt.

Dieses Gesetz, das nichts anderes ist als der Energieerhaltungssatz für die elektromagnetische Induktion ist, wird nach seinem Entdecker als lenzsches Gesetz oder lenzsche Regel bezeichnet.

Erster Hauptsatz der Thermodynamik

Der 1. Hauptsatz der Thermodynamik ist der Energieerhaltungssatz, formuliert für thermodynamische Prozesse. Die heute bekannte mathematische Formulierung des 1. Hauptsatzes der Thermodynamik stammt von RUDOLF CLAUSIUS und wurde von ihm um 1850 so formuliert:

Die einem thermodynamischen System zugeführte Wärme ist gleich der Summe aus der Änderung der inneren Energie des Systems und der von ihm verrichteten mechanischen Arbeit.

Δ U = W + Q Δ U Änderung der inneren Energie des Systems W vom System oder am System verrrichtet mechanische Arbeit (Volumenarbeit) Q vom System aufgenommene oder abgegebene Wärme

Eine andere übliche Formulierung des 1. Hauptsatzes der Thermodynamik lautet:
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Perpetuum mobile

Ein Perpetuum mobile ( das sich ständig Bewegende) ist ein uralter Traum der Menschheit. Eine Maschine zu bauen, die ohne Energiezufuhr ständig Arbeit verrichtet, ist zu verlockend. Konstruktionen von Perpetuum mobile sind schon aus dem Mittelalter bekannt. Oftmals wurde versucht durch raffinierte Anordnungen von Ungleichgewichten an Rädern oder durch unsymmetrische endlosen Ketten „immerwährende“ Antriebe zu bauen.
In der Physik wird zwischen einem Perpetuum mobile 1. Art und 2. Art unterschieden.
Mit der Entdeckung des Energieerhaltungssatzes (des 1. Hauptsatzes der Thermodynamik) und des 2. Hauptsatzes der Thermodynamik wurde die wissenschaftlichen Begründung für die Unmöglichkeit eines Perpetuum mobile gegeben.
Obwohl längst wissenschaftlich begründet, gibt es auch heute immer wieder Versuche, die Funktionsfähigkeit eines Perpetuum mobile nachzuweisen.

Der Wirkungsgrad

Der Wirkungsgrad eines Gerätes, einer Anlage oder eines Lebewesens gibt an, welcher Anteil der zugeführten Energie in nutzbringende Energie umgewandelt wird.

Formelzeichen:
Einheit:
η
1 oder in Prozent (%)

Der Wirkungsgrad ist damit ein Maß für die Güte der Energieumwandlung bzw. ein Maß für den Grad der Nutzbarkeit der zugeführten Energie. Er ist immer kleiner als 1 bzw. kleiner als 100 %.

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