Select your language

Suggested languages for you:
Log In Anmelden
StudySmarter - Die all-in-one Lernapp.
4.8 • +11k Ratings
Mehr als 5 Millionen Downloads
Free
|
|

Die All-in-one Lernapp:

  • Karteikarten
  • NotizenNotes
  • ErklärungenExplanations
  • Lernpläne
  • Übungen
App nutzen

Energie, Energieträger und Energieformen

Save Speichern
Print Drucken
Edit Bearbeiten
Melde dich an und nutze alle Funktionen. Jetzt anmelden
Energie, Energieträger und Energieformen

Jeden Tag verbrauchst Du Energie, z. B. wenn Du in die Schule gehst, wenn Du nachmittags eine Runde mit Deinem Rad fährst, oder auch nur, wenn Du versuchst, Deine Physikhausaufgaben zu lösen.

Energie kann in vielen Formen existieren und auch in eine andere Form umgewandelt werden.

Energie: Einheit, Definition und Formelzeichen

Energie ist eine physikalische Größe. Sie spielt nicht nur in der Physik, sondern auch in der Chemie, Biologie und vielen weiteren Gebieten – so auch im täglichen Leben – eine große Rolle.

Energie findest Du zum Beispiel an vielen Orten in Deinem Alltag, sei es die Sonne, ein Ofen oder ein Müsliriegel. Vielleicht liest Du diesen Text gerade auf einem Computer oder Handy – beides wird betrieben von einer bestimmten Form der Energie: der elektrischen Energie.

Energie beschreibt die Fähigkeit eines physikalischen Systems, Arbeit zu verrichten, Wärme oder Strahlung abzugeben.

Das Formelzeichen der Energie ist das E.

Die Einheit der Energie ist das Joule:

Je nach Energieform findest Du die Energie mit verschiedenen Indizes.

Aber Vorsicht! Es gibt noch eine wichtige Größe in der Physik, die mit einem E bezeichnet wird: das elektrische Feld. Achte daher immer auf den Kontext, in dem Du diesem Formelzeichen begegnest. Eine einfache Unterscheidung kannst Du dann vornehmen, wenn das Formelzeichen einen beschreibenden Index besitzt, z. B. Eel oder Epot . Dann handelt es sich dabei meist um Energieformen und nicht um das elektrische Feld. Das elektrische Feld besitzt im Regelfall keinen beschreibenden Index, höchstens eine Nummerierung, wie E1 und E2.

Manchmal findest Du auch eine andere Einheit der Energie: die Kilokalorie kcal. Diese Energieeinheit wird allerdings für physikalische Betrachtungen eher selten verwendet. Du findest sie aber zum Beispiel auf Deinem Müsliriegel: Lebensmittel werden immer mit einer Energieangabe in Kilokalorien versehen. Du kannst einfach mal auf einer Lebensmittelverpackung bei Dir zu Hause nachsehen. Dort wirst Du diese Einheit der Energie finden.

Energieformen (+ Tabelle) und Energieumwandlung

Energie hat viele Formen, die in verschiedenen Situationen auftreten können. Sie werden auf unterschiedliche Weise berechnet, können aber alle ineinander umgewandelt werden. Im Folgenden findest Du Informationen über die Energieumwandlung und einen Überblick über die wichtigsten Energieformen.

Energieerhaltung & -umwandlung

Ein wichtiges physikalisches Prinzip ist die Energieerhaltung. Energie kann in einem geschlossenen System nicht verloren gehen.

Ein geschlossenes System ist ein System, bei dem mit der Umgebung kein Stoffaustausch stattfindet. Du kannst es Dir wie einen geschlossenen Behälter vorstellen, der zwar eventuell verformbar ist und der Wärme abgeben kann, aus dem aber keine Materie austreten kann.

Zum Beispiel ist eine Thermoskanne ein geschlossenes System. Der Tee oder Kaffee kann nicht raus, aber nach einiger Zeit wird er kalt, da die Wärme über die Flaschenwand abgegeben wird.

Über einer Zeitachse aufgetragen, wäre die Energie eines Systems also immer gleich (konstant).

Der Energieerhaltungssatz besagt, dass die Gesamtenergie eines geschlossenen Systems zeitlich konstant ist. Das bedeutet, dass keine Energie erschaffen oder vernichtet werden kann.

Mehr Einzelheiten und Beispiele zum Thema Energieerhaltung thermodynamischer Systeme findest Du in den Artikeln des Themengebiets Thermodynamik.

Die Energie ist also eine Erhaltungsgröße. Dieser Begriff gibt an, dass die Größe in einem geschlossenen System erhalten bleibt.

Energieumwandlung? Was heißt das? Energie kommt in verschiedenen Formen vor und kann nicht vernichtet werden. Es stellt sich also die Frage, was passiert mit der Energie, die ein Körper abgibt, wenn sie nicht verloren geht?

Gibt ein Körper Energie ab, dann ändert sich sein Energiegehalt. Doch im System bleibt die Energie erhalten, sie liegt nun eventuell in einer anderen Form vor.

Energieformen

Energie wird zunächst in grundlegende Formen unterschieden: Mechanische, Elektrische, innere Energie und Strahlungsenergie. Die innere Energie kann nochmals unterteilt werden in chemische Energie und thermische Energie. Die Mechanische Energie besitzt z. B. die Unterformen Potentielle Energie und Kinetische Energie. Beispiele zu den verschiedenen Energieformen siehst Du in der folgenden Übersicht:

Potentielle Energie – Höhen-/ Lageenergie

Die potentielle Energie wird oft auch als Höhenenergie oder Lageenergie bezeichnet. Wie die Namen schon verraten, handelt es sich um eine Energieform, die Körper besitzen, wenn sie sich in einer bestimmten Höhe befinden.

Ein Körper der Masse m besitzt an einem Ort mit dem Ortsfaktor g die potentielle Energie Epot, wenn er sich in einer Höhe h über dem definierten Nullniveau (h = 0) befindet.

Ob ein Körper also potentielle Energie besitzt, hängt von seiner Höhe über dem Nullniveau ab. Das Nullniveau ist der Ort, an dem gilt. Also muss zunächst das Nullniveau definiert sein, bevor eine Aussage über die potentielle Energie gemacht werden kann.

Das Nullniveau ist in vielen Fällen der Boden. Aber Du kannst Dein Nullniveau auch anders definieren. Wichtig ist nur, dass das Nullniveau angegeben ist.

Ein Apfel, der auf einem Tisch liegt, hat gegenüber dem Boden als Nullniveau eine potentielle Energie. Setzt Du Dein Nullniveau allerdings als Oberfläche des Tisches, hat der Apfel keine potentielle Energie, da er dieselbe Höhe wie das Nullniveau hat.

Mehr zu diesem Thema, wie Beispiele und Rechnungen, findest Du im Artikel "Potentielle Energie".

Kinetische Energie – Bewegungsenergie

Die kinetische Energie wird auch Bewegungsenergie genannt, weil sie die Energie eines sich bewegenden Körpers beschreibt.

Ein Körper der Masse m besitzt eine kinetische Energie Ekin, wenn er sich mit einer Geschwindigkeit v bewegt.

Kinetische Energie taucht also überall da auf, wo sich Dinge bewegen. Auch in Deinem Alltag wird Dir die kinetische Energie oft begegnen: Dein Fahrrad oder Dein Auto haben beide eine kinetische Energie, wenn sie – durch das Treten in die Pedale oder den Motor angetrieben – fahren und sich somit bewegen. Auch Du hast beim Laufen zum Beispiel eine kinetische Energie.

Im Artikel "Kinetische Energie" erfährst Du mehr zu diesem Thema und den Anwendungen.

Thermische Energie – Wärmeenergie

Jeder Stoff mit einer Temperatur über dem absoluten Nullpunkt besitzt thermische Energie. Sie hängt mit der ungeordneten Bewegung der Teilchen in seinem Inneren zusammen.

Ein Körper der Masse m mit der Wärmekapazität c besitzt thermische Energie Etherm, wenn er eine Temperatur hat.

Angenommen, Du hast einen Eiswürfel vor Dir. Dieser Eiswürfel besitzt eine thermische Energie, da er eine Temperatur über dem absoluten Nullpunkt hat.

Der absolute Nullpunkt () ist die niedrigste mögliche Temperatur. An diesem Punkt kommen alle Teilchen zum Stillstand, und dadurch kann es keine niedrigere Temperatur geben.

Schmilzt Dein Eiswürfel nun, erhöht sich seine Temperatur und damit seine thermische Energie. Die Wassermoleküle lösen sich nun aus dem Gitter und können sich freier bewegen. Wenn Du den geschmolzenen Eiswürfel, also das Wasser, nun noch in einem Topf erhitzt, gewinnen die Moleküle immer mehr an Freiraum. Sie haben also immer mehr Platz, um sich ungeordnet bewegen zu können. Daher steigt die thermische Energie des Wassers immer weiter.

Mehr dazu findest Du im Artikel "Thermische Energie".

Elektrische Energie

Elektrische Energie ist allgegenwärtig. Sie kann gut gespeichert und transportiert werden und wird daher für viele Anwendungen genutzt. Ein typisches Beispiel für den Speicher von elektrischer Energie im Alltag ist eine Batterie.

Elektrische Energie wird mittels Elektrizität übertragen und in elektrischen oder magnetischen Feldern gespeichert. Je nach Speicherform berechnet sich die Energie auf verschiedene Weisen:

  • im elektrischen Feld: Liegt eine Spannung U am Kondensator der Kapazität C an, so enthält er die elektrische Energie Eel.

  • im magnetischen Feld: Eine Spule mit der Induktivität L, enthält die elektrische Energie Eel, wenn sie mit dem Strom I durchflossen wird.

Elektrische Energie wird meist in Kraftwerken erzeugt. Einige Formen dieser Kraftwerke sind unter anderem Atomkraftwerke, Kohlekraftwerke, Wasserkraftwerke oder Windräder. In all diesen Kraftwerken wird eine vorliegende Energie in elektrische Energie umgewandelt.

Zum Beispiel wird in einem Wasserkraftwerk die Höhenlage des Wassers (potentielle Energie) ausgenutzt, um eine Turbine mit dem herunterfallenden Wasser anzutreiben. In einem Kohlekraftwerk wird die Kohle verbrannt und die dabei entstehende thermische Energie wird in elektrische Energie umgewandelt.

Elektrische Energie, wie wir sie aus unserem Alltag kennen, kommt also meistens aus einem Kraftwerk, das die Fähigkeit der Energieumwandlung nutzt.

Du kannst dazu in den Artikeln "Elektrische Feldenergie", "Energie des magnetischen Feldes" und "Kraftwerke" mehr erfahren.

Energieformen im Überblick

Hier findest Du nochmal einen Überblick über die Energieformen mit den wichtigsten Informationen:

Potentielle EnergieKinetische Energie Thermische EnergieElektrische Energie
Visualisierung
DefinitionEin Körper besitzt potentielle Energie, wenn er sich in einer Höhe h über dem Nullniveau befindetEin Körper, der sich mit einer Geschwindigkeit v bewegt, besitzt kinetische EnergieJeder Körper mit einer Temperatur T>0 K besitzt thermische Energie durch die ungeordnete Bewegung der Teilchen in seinem InnerenElektrische Energie wird durch Elektrizität übertragen und kann im elektrischen oder magnetischen Feld gespeichert sein
Formel
Variablenm - Masseg - Ortsfaktorh - Höhem - Massev - Geschwindigkeitm - Massec - WärmekapazitätT - abs. Temperatur C - KapazitätU - SpannungL - InduktivitätI - Strom
Einheit

Energieträger Definition & Tabelle

Wo kommt die Energie her, mit der wir unsere Autos betreiben, mit der wir Strom für unsere Lampen erzeugen? Wir erhalten diese Energie aus sogenannten Energieträgern.

Energieträger sind Stoffe, die Energie speichern können und deren Energiegehalt dann durch Energieumwandlung nutzbar gemacht werden können. Hierbei wird in primäre und sekundäre Energieträger unterschieden.

Primäre Energieträger findest Du direkt in der Natur. Es gibt dort zum einen regenerative Energieträger, das heißt, sie sind unendliche Ressourcen, wie das Sonnenlicht oder Wind. Zum anderen gibt es fossile Energieträger. Ihr Vorkommen ist begrenzt. Dazu zählen zum Beispiel Erdöl, Erdgas und Kohle. Primäre Energie ist auch die Atomenergie. Ihre Energieträger sind radioaktive Stoffe, wie Uran.

Sekundäre Energieträger müssen zunächst gewonnen werden. Hierbei werden Primärenergieträger abgebaut und in einen sekundären Energieträger umgewandelt. Diesen Prozess nennt man auch Raffination. So kann zum Beispiel Erdöl in Benzin und Diesel umgewandelt werden.

Hier findest Du eine Übersicht über die Energieträger und zu welcher Kategorie sie gehören.

Primäre EnergieträgerSekundäre Energieträger
regenerativ
  • Sonnenlicht
  • Wind
  • Wasser in Höhenlage
  • Gezeiten des Meeres
  • Holz (nur so schnell, wie es nachwächst)
  • Biomasse
  • Geothermie
  • Wasserstoff
  • Strom aus Sonnen-/Wind-/Wasserenergie
  • Biogas
fossil
  • Ergas
  • Erdöl
  • Kohle
  • Diesel
  • Benzin
  • Strom aus Öl/Gas/Kohle
  • Heizöl
  • Briketts
Atomenergie
  • Uran
  • Plutonium
(sekundäre Energieträger gibt es hier keine)

Energie, Energieträger und Energieformen - Das Wichtigste

  • Energie existiert in verschiedenen Formen, die auch ineinander umgewandelt werden können.
  • Für die Umwandlung gilt der Energieerhaltungssatz: Energie kann nicht vernichtet oder erschaffen werden.
  • Energie ist die Fähigkeit eines physikalischen Systems, Arbeit zu verrichten, Wärme oder Strahlung abzugeben.
  • Das Formelzeichen der Energie ist das E, ihre Einheit das Joule: .
  • Potentielle Energie besitzt ein Körper mit Höhenlage über einem definierten Nullniveau. Ihre Formel lautet:

  • Kinetische Energie besitzt ein sich bewegender Körper. Die Formel dieser Energieform lautet:

  • Thermische Energie besitzen alle Körper mit einer absoluten Temperatur T>0K. Ihre Formel lautet:

  • Elektrische Energie ist in einem elektrischen oder magnetischen Feld gespeichert. Ihre Formel lautet je nach Speicherart:

  • Energie ist in Energieträgern gespeichert. Die Energie eines Energieträgers kann durch Energieumwandlung nutzbar gemacht werden.
  • Primäre Energieträger können in der Natur gefunden werden. Es gibt regenerative Energieträger (Sonne, Wind, Wasser) und fossile Energieträger (Öl, Gas, Kohle). Auch die Atomenergie (Uran, Plutonium) zählt zu den primären Energien.
  • Sekundäre Energieträger müssen zunächst aus einem primären Energieträger gewonnen werden. Dazu zählen z. B. Kraftstoffe, Biogas, Strom, Heizöl und Wasserstoff.

Häufig gestellte Fragen zum Thema Energie, Energieträger und Energieformen

Energie kann als mechanische, elektrische, innere oder Strahlungsenergie vorliegen. Beispiele sind die potentielle, kinetische, thermische und elektrische Energie.

Ein Energieträger ist ein Stoff, dessen Energiegehalt durch Energieumwandlung nutzbar gemacht werden kann. Beispiele sind unter anderem Sonnenlicht, Wind, Erdöl, Kohle, Biomasse und radioaktive Isotope.

Finales Energie, Energieträger und Energieformen Quiz

Frage

Wie ist die Energie definiert?

Antwort anzeigen

Antwort

Energie beschreibt die Fähigkeit eines physikalischen Systems, Arbeit zu verrichten, Wärme oder Strahlung abzugeben. 

Frage anzeigen

Frage

Welches Formelzeichen bezeichnet die Energie?

Antwort anzeigen

Antwort

Das E.

Frage anzeigen

Frage

Welche Einheit hat die Energie?

Antwort anzeigen

Antwort

Das Joule.

Frage anzeigen

Frage

Was besagt der Energieerhaltungssatz?

Antwort anzeigen

Antwort

Der Energieerhaltungssatz besagt, dass die Gesamtenergie eines geschlossenen Systems zeitlich konstant ist. Das bedeutet, dass keine Energie erschaffen oder vernichtet werden kann.

Frage anzeigen

Frage

Was ist ein geschlossenes System?

Antwort anzeigen

Antwort

Ein geschlossenes System ist ein System, bei dem mit der Umgebung kein Stoffaustausch stattfindet. 

Frage anzeigen

Frage

Welche vier grundlegenden Kategorien an Energieformen gibt es?

Antwort anzeigen

Antwort

Mechanische, Innere, Elektrische und Strahlungsenergie

Frage anzeigen

Frage

Wie wird die potentielle Energie noch bezeichnet?

Antwort anzeigen

Antwort

Als Höhenenergie oder Lageenergie.

Frage anzeigen

Frage

Wie wird die kinetische Energie noch bezeichnet?

Antwort anzeigen

Antwort

Als Bewegungsenergie.

Frage anzeigen

Frage

Wie wird die thermische Energie noch bezeichnet?

Antwort anzeigen

Antwort

Als Wärmeenergie.

Frage anzeigen

Frage

Nenne zwei Beispiele wo elektrische Energie zu finden ist.

Antwort anzeigen

Antwort

In einem Stromkreis mit Kondensator oder mit Spule.

Frage anzeigen

Frage

Was ist ein Energieträger?

Antwort anzeigen

Antwort

Energieträger sind Stoffe, die Energie speichern können und deren Energiegehalt dann durch Energieumwandlung nutzbar gemacht werden können.

Frage anzeigen

Frage

Was ist ein primärer Energieträger?

Antwort anzeigen

Antwort

Ein Energieträger, der in dieser Form in der Natur gefunden werden kann.

Frage anzeigen

Frage

Was ist ein sekundärer Energieträger?

Antwort anzeigen

Antwort

Ein Energieträger, der zuerst durch Raffination gewonnen werden muss.

Frage anzeigen

Frage

Nenne Beispiele für primäre Energieträger.

Antwort anzeigen

Antwort

Kohle, Gas, Erdöl, Radioaktive Stoffe, Sonnenlicht, Wasser, Wind, etc.

Frage anzeigen

Frage

Nenne Beispiele für sekundäre Energieträger.

Antwort anzeigen

Antwort

Benzin, Diesel, Wasserstoff, Strom, Heizöl, etc.

Frage anzeigen

Frage

In welche Arten können Energieträger unterschieden werden?

Antwort anzeigen

Antwort

Primär und Sekundär

Regenerativ und Fossil

Frage anzeigen

Frage

Nenne Beispiele für regenerative Energieträger.

Antwort anzeigen

Antwort

Sonne, Wasser, Wind, Geothermie, usw.

Frage anzeigen

Frage

Nenne Beispiele für fossile Energieträger.

Antwort anzeigen

Antwort

Erdöl, Erdgas, Kraftstoffe, Heizöl, Kohle, usw.

Frage anzeigen
Mehr zum Thema Energie, Energieträger und Energieformen
60%

der Nutzer schaffen das Energie, Energieträger und Energieformen Quiz nicht! Kannst du es schaffen?

Quiz starten

Finde passende Lernmaterialien für deine Fächer

Alles was du für deinen Lernerfolg brauchst - in einer App!

Lernplan

Sei rechtzeitig vorbereitet für deine Prüfungen.

Quizzes

Teste dein Wissen mit spielerischen Quizzes.

Karteikarten

Erstelle und finde Karteikarten in Rekordzeit.

Notizen

Erstelle die schönsten Notizen schneller als je zuvor.

Lern-Sets

Hab all deine Lermaterialien an einem Ort.

Dokumente

Lade unzählige Dokumente hoch und habe sie immer dabei.

Lern Statistiken

Kenne deine Schwächen und Stärken.

Wöchentliche

Ziele Setze dir individuelle Ziele und sammle Punkte.

Smart Reminders

Nie wieder prokrastinieren mit unseren Lernerinnerungen.

Trophäen

Sammle Punkte und erreiche neue Levels beim Lernen.

Magic Marker

Lass dir Karteikarten automatisch erstellen.

Smartes Formatieren

Erstelle die schönsten Lernmaterialien mit unseren Vorlagen.

Gerade angemeldet?

Ja
Nein, aber ich werde es gleich tun

Melde dich an für Notizen & Bearbeitung. 100% for free.