Energiearten und deren Umwandlungen

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Energie ist die Fähigkeit Arbeit zu verrichten.

Übersicht:

  • Thermische Energie
  • Mechanische Energie
    • Potentielle Energie
    • Kinetische Energie
    • Schallenergie
  • Elektrische Energie
  • Lichtenergie
  • Chemische Energie
Uns interessiert hier natürlich besonders die chemische Energie.
 
Man könnte meinen, dass eine Temperaturänderung bei einer chemischen Reaktion etwas mit der Änderung der Teilchengeschwindigkeit zu tun hätte. Die eigentliche Ursache ist jedoch etwas vielschichtiger:
Damit neue Stoffe entstehen können, müssen Bindungen gespalten werden und neue Bindungen geknüpft werden. Für die Spaltung von Bindungen muss Energie aufgewendet werden, die Bildung von Bindungen hingegen liefert Energie. Je nach Bindungsstärke ist die Bilanz unterschiedlich. Werden schwache Bindungen gespalten und festere Bindungen gebildet, so verläuft die Reaktion exotherm. Die entstandene Energie führt zu einer höheren Teilchengeschwindigkeit der Reaktionsprodukte. Diese Teilchen geben der Umgebung diese Energie ab, bis die Ausgangstemperatur wieder erreicht ist. Bei endothermen Reaktionen wird hingegen Energie aus der Umgebung zugeführt.

 

Umwandlungen

 

Apparatur zum Nachweis der Äquivalenz von mechanischer Arbeit und WärmeJOULE befasste sich ab 1843 mit der Umwandlung von mechanischer Arbeit in Wärme. In einem isolierten Gefäß mit Wasser wurde durch einen Rührer, der durch ein fallendes Gewicht angetrieben wurde, das Wasser infolge der Reibungsarbeit erwärmt.

Nach JOULE ist die heutige abgeleitete SI-Einheit der Größen Energie, Arbeit und Wärmemenge benannt.

1 kJ =

  • Heben einer Masse von 5 kg auf 20,4 m
  • Erhitzen von 100 ml Wasser auf eine Temperaturerhöhung von 2,4 °C bzw. 2,4 K
  • Leuchten einer 40W Glühbirne für 25 s
  • usw.

 

Heute erscheint uns in unserem Alltag die Umwandlung von Energie als nichts Außergewöhnliches: Ob es die Umwandlung von kinetische Energie in elektrische Energie mit Hilfe eines Fahrraddynamos oder die Umwandlung von chemische Energie in elektrische Energie bei einer Batterie ist.


Prinzipiell lassen sich alle Energiearten in andere umwandeln, so auch die chemische Energie.

Beispiele:

Umwandlung in ...

  • potentielle Energie (Beispiele: Osmose, Verdunstung)
  • kinetische Energie (Beispiele: Muskel, Dampfmaschine)
  • Schallenergie (Explosion)
  • elektrische Energie (Beispiele: galvanische Elemente, Brennstoffzelle)
  • Lichtenergie (Beispiele: Kerze, Glühwürmchen)
  • thermische Energie (exotherme Reaktionen)

Umgekehrt können auch andere Energiearten in chemische Energie umgewandelt werden (Beispiele: Anzünden eines Streichholzes, Laden eines Akkumulators, Fotosynthese).

Allen Beispielen ist gemeinsam, dass nutzbare Energiearten erst durch Energieumwandlungen entstehen.

 

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