Energie tritt als eine universellen Größe auf, allerdings in unterschiedlichen Formen. Im vorherigen Kapitel sind bereits die Formen von mechanischer Energie erläutert worden. In diesem Kapitel geht es um einen “groben” Überblick über alle möglichen Formen von Energie.
Oft wird nach den Begriffen “Energie” und “Arbeit” gefragt, oder wie diese beiden Begriffe zusammenhängen. Dies lässt sich einfach erklären. Hat eine Person Arbeit verrichtet indem sie einen Körper vom Erdboden hochgehoben hat, ist diese Arbeit nicht verschwunden, sondern in dem Körper als gespeicherte Arbeit vorhanden: Diese gespeicherte Arbeit kann wiedergewonnen, indem der Körper fallengelassen wird. Diese gespeicherte Arbeit nennt man Energie: E = -W
Aus der Formel lässt sich auch erkennen, dass Energie somit die gleiche Einheit wie die Arbeit (Nm) hat. Im folgenden sollen mehrere Energieformen kurz aufgelistet werden:
Unter dem Begriff “mechanischer Energie” versteht man allgemein in Körpern gespeicherte Energie. Diese Energie kann ein Körper durch seine Lage oder durch seine Bewegung erhalten.
Die in der Lage gespeicherte Energie wird allgemein als potenzielle Energie bezeichnet. Die zweite (wichtige) mechanische Energieform, ist die sog kinetische Energie, die in der Bewegung eines Körpers liegt. In der kinetischen Energie (auch Bewegungsenergie genannt) eines Körpers ist die gesamte Arbeit gespeichert, die bei der Beschleunigung (Herleitung aus Newton´schen Gesetz) aufgewendet wurde.
Eine besondere Form mechanischer Energie (Kombination aus kinetischer und potenzieller Energie) ist in einer Schwingung gespeichert. Hierbei wird in einem periodischen Ablauf (immer wieder ablaufend) zwischen der potenziellen Energie und der kinetischen Energie umgewandelt (z.B. Pendel) und zeigt auch deutlich, dass Energieformen ineinander umwandelbar sind.
Allgemein versteht man unter dem Begriff “elektrische Energie” die “Energie”, die im elektrischen Feld von ruhenden Ladungsträgern herrscht.
Veranschaulichen kann man sich dies folgendermaßen: Werden positiv und negativ Ladungen räumlich getrennt, baut sich ein elektrisches Feld auf. Dieses elektrische Feld verursacht wiederum eine Kraft auf die Ladungsträger, die der Ladungstrennung entgegenwirkt. Diese Kraft (elektrische Energie) ist also in der Lage/Position der Ladungsträger gespeichert. Dies kann man mit der potenziellen Energie vergleichen, die in einem Körper gespeichert ist, der entgegen dem Kraftfeld der Gravitation sich auf einer gewissen Höhe (Abstand) befindet.
Oft verbunden mit dem Begriff “elektrische Energie” ist “magnetische Energie”. Allgemein versteht man unter dem Begriff “magnetische Energie” die Energie, die in einem magnetischen Feld liegt.
Wird ein Ladungsträger in Bewegung gesetzt, erzeugt er ein Magnetfeld (1. Maxwell-Gleichung: die Bewegung von elektrischen Ladungsträgern erzeugt ein Magnetfeld und rotiert um den Bewegungsvektor des Ladungsträgers). Dieses Magnetfeld bzw. Magnetfeldänderung bewirkt nach der 2. Maxwell-Gleichung ein elektrisches Feld, das genau der Bewegung des Ladungsträgers entgegenwirkt.
Die hohe Bedeutung der elektrischen und der magnetischen Energie liegt darin, dass elektrische Energie (und damit auch magnetische Energie) über elektrische Leitungen einfach zu übertragen ist.
Nun wird es natürlich einige geben, die beim letzten Satz Einwände haben. Es gibt natürlich noch eine weitere Energieform, die einfach zu übertragen ist. Gemeint ist natürlich die Strahlungsenergie, wobei die Energieübertragung ohne elektrischen Strom, also ohne elektrischen Leiter erfolgt.
Mit der Strahlungsenergie sind die elektromagnetischen Wellen gemeint, je nach Frequenz und Wellenlänge sind das Radiowellen, Mikrowellen, Wärmestrahlung, Licht, Röntgenstrahlung oder Gammastrahlung.
Allgemein versteht man unter dem Begriff “chemische Energie” die Energie , die in Form einer chemischen Verbindung in einer Verbindung gespeichert ist und bei chemischen Reaktionen freigesetzt werden kann (Der Begriff “chemische Energie” sollte nicht mit dem Begriff “chemische Bindungsenergie” verwechselt werden).
Die bei einer exothermen chemischen Reaktion freigesetzte Energie ist die Differenz der in den Ausgangsprodukten und Endprodukten enthaltenen Energien, d. h. je energiereicher die Ausgangsverbindungen und die Produkte energieärmer sind, desto mehr “chemische Energie” kann freigesetzt werden.
Zur Frage, warum “chemische Energie” und “chemische Bindungsenergie” nicht gleich ist. Dies lässt sich genauso erklären, warum die Reaktionsenthalpie und die chemische Energie nicht gleich sind. Die Reaktionsenthalpie (nicht die freie Enthalpie) ist die freigesetzte Wärmemenge (einer exothermen Reaktion) und nicht unbedingt identisch mit der Differenz von Energien in Verbindungen. Dies liegt daran, da sich auch das Volumen der Verbindungen ändern kann und Volumenänderungen eine zusätzliche Zufuhr oder Abfuhr von Energie bedeuten.
Allgemein versteht man unter dem Begriff “thermische Energie” (manchmal auch Wärmeenergie genannt) die Energie, die in der ungeordneten Bewegung der Atome oder Moleküle eines Stoffes gespeichert ist.
Die thermische Energie eines Körpers ist eine Zustandsgröße und Teil der sog. inneren Energie. Die thermische Energie ist die Fähigkeit eines Körpers, Wärme an eine kältere Umgebung abzugeben. Dabei verringert sich seine thermische Energie. Die thermische Energie eines Körpers ist umso größer,
Die Energie ist definiert als die Fähigkeit, Arbeit zu verrichten oder Wärme abzugeben. Sie wird in der Einheit Joule gemessen.
Kinetische Energie ist die Energie, die ein Objekt aufgrund seiner Bewegung besitzt. Sie wird durch die Formel 1/2 * Masse * (Geschwindigkeit^2) berechnet.
Zwei Formen der potentiellen Energie sind Gravitationsenergie (Energie aufgrund der Position in einem gravitativen Feld) und elastische Energie (Energie gespeichert in einem gespannten oder komprimierten Objekt).
Die Energie einer Welle hängt ab von ihrer Amplitude, ihrer Frequenz und ihrer Wellenlänge.
Thermische Energie ist die Energie, die ein Objekt aufgrund der Bewegung seiner Moleküle besitzt.
Energie wird von einer Form in eine andere umgewandelt durch Energieübertragung in Form von Arbeit, Wärme oder Strahlung. Gemäß dem Energieerhaltungsgesetz kann Energie nicht verloren gehen, sondern sie ändert lediglich ihre Form.
Chemische Energie ist die Energie, die gespeichert ist in den chemischen Verbindungen von Substanzen und beim chemischen Reaktionsprozess freigesetzt oder aufgenommen wird.
Elektrische Energie ist die Energie, die kommt, wenn Elektronen von einem Ort zum anderen fließen. Sie wird oft durch Elektrizität erzeugt.
Kernenergie ist die Energie, die in Kernreaktionen freigesetzt wird und zur Gewinnung von Elektrizität in Kernkraftwerken verwendet wird.
In der von Einstein entdeckten Gleichung E=mc^2 steht die Masse (m) für die Menge an Materie in einem Objekt und hat eine direkte Beziehung zur Menge an Energie (E), die sie produzieren kann.