Was ist Energie?
Energie beschreibt die Fähigkeit eines Objekts, Arbeit zu verrichten. Arbeit ist die Übertragung von Energie, die stattfindet, wenn eine äußere Kraft ein Objekt bewegt.
Es gibt zwei Hauptarten von Energie. Sie sind die kinetische Energie und die potentielle Energie. Mechanische Energie ist die Summe aus kinetischer und potenzieller Energie in einem System.
Fehlvorstellung
Energie ist nicht greifbar. Das kann es für Kinder und Erwachsene schwierig machen, das Konzept zu begreifen. Energie beschreibt die Fähigkeit eines Objekts, Veränderungen zu bewirken oder Arbeit zu verrichten.
Kinetische Energie: Die Energie der Bewegung
Ein sich bewegendes Objekt hat kinetische Energie. Je schneller es sich bewegt, desto mehr kinetische Energie hat es. Schall, Wärme und Elektrizität sind Beispiele für kinetische Energie.
Schallenergie
Schallenergie bewegt sich in Longitudinalwellen durch Stoffe. Diese Wellen müssen sich durch ein Medium wie Luft oder Wasser bewegen. Schallwellen entstehen, wenn eine Kraft einen Gegenstand in Schwingung versetzt. Zum Beispiel erzeugt eine Hand, die auf eine Trommel schlägt, Schallwellen.
Thermische Energie
Thermische Energie ist eine andere Art, Wärme zu sagen. Sie entsteht durch die Bewegung von Atomen und Molekülen in der Materie. Je schneller sich die Moleküle bewegen, desto heißer wird die Materie. Und je heißer die Materie wird, desto mehr Wärmeenergie hat sie. Denken Sie an kochendes Wasser auf dem Herd. Wenn sich das Wasser erwärmt, bewegen sich die Moleküle immer schneller.
Elektrische Energie
Elektronen sind winzige geladene Teilchen. Wenn sie sich bewegen, erzeugen sie elektrische Energie. Bewegte Elektronen transportieren Energie durch einen elektrischen Leiter. Jedes Gerät, das man an die Steckdose anschließen muss, wird mit elektrischer Energie betrieben.
Potenzielle Energie: Gespeicherte Energie
Potentielle Energie ist in einem ruhenden Objekt gespeichert. Wenn sich das Objekt bewegt, ändert sich seine Energie von potentieller zu kinetischer Energie. Diese Objekte haben alle potentielle Energie:
- Das Wasser hinter einem Staudamm
- Ein Felsen auf der Spitze eines Hügels
- Feuerwerk, das gerade abgeschossen wird
Chemische potentielle Energie
Chemische potentielle Energie ist in den Bindungen von Molekülen gespeichert. Sie wird durch eine chemische Reaktion freigesetzt. Chemische potenzielle Energie erzeugt in der Regel thermische Energie. So wird zum Beispiel bei der Verbrennung von Erdgas in einem Ofen Wärme freigesetzt. Ebenso wird die in der Nahrung gespeicherte Energie durch die Verdauung freigesetzt.
Gravitationspotentialenergie
Die Höhe und das Gewicht eines Objekts verleihen ihm Gravitationspotentialenergie. Je höher und schwerer ein Gegenstand ist, desto mehr potenzielle Gravitationsenergie hat er. Denken Sie an Wasser, das über einen Wasserfall fließt. Je höher der Wasserfall ist, desto mehr potenzielle Gravitationsenergie hat das Wasser.
Fehlvorstellung
Sie denken vielleicht, dass ein ruhendes Objekt keine Energie hat. Ein ruhendes Objekt hat keine kinetische Energie. Aber je nach seiner Position hat er eine Form von potentieller Energie. Wenn du einen Stein über den Boden hältst, hat er potenzielle Gravitationsenergie. Und die Banane, die du zum Frühstück gegessen hast, hatte chemische potenzielle Energie.
Mechanische Energie
Mechanische Energie ist die Summe der Energie in einem mechanischen System. Sie umfasst sowohl die kinetische Energie als auch die potentielle Energie. Objekte haben also mechanische Energie, wenn sie in Bewegung sind. Und sie haben sie auch, wenn sie das Potenzial haben, sich zu bewegen. Ein Auto, das auf der Autobahn fährt, hat mechanische Energie. Das Gleiche gilt für ein Buch, das man in die Luft hält.
Je schneller sich ein Objekt bewegt, desto mehr Energie speichert es. Diese gespeicherte Energie kann verwendet werden, um eine Kraft auf ein anderes Objekt auszuüben. Mit anderen Worten, sie wirkt auf das Objekt ein. Stellen Sie sich eine Abrissbirne vor, die ein Gebäude abreißt. Sie hat potenzielle Energie, weil sie in der Luft gehalten wird. Während sie sich auf das Gebäude zubewegt, wird diese Energie in kinetische Energie umgewandelt. Schließlich kommt die Kugel mit einer Wand in Berührung. Dann übt die kinetische Energie des Balls eine Kraft auf das Gebäude aus, die es zum Einsturz bringen kann.
Warnung vor Missverständnissen
Energie kann weder erzeugt noch zerstört werden. Sie kann nur in verschiedene Formen umgewandelt werden. Um die Energieumwandlung zu demonstrieren, lassen Sie die Kinder ihre Hände aneinander reiben. Das Reiben ist ein Beispiel für mechanische Energie. Und die Kinder können die Wärme spüren, wenn sie in thermische Energie umgewandelt wird.
Energie ist überall und in jedem Teil unseres Lebens. Tatsächlich kann man ohne sie nicht leben! Wie würdest du ohne die thermische Energie der Sonne oder die chemische Energie der Lebensmittel, die du isst, überleben?