Was ist Energie

Energie bestimmt unser tägliches Leben. Eindeutige Definitionen von Energie-Kenngrößen sind erforderlich. Energie und Arbeit, Leistung, End- und Nutzenergie werden in den Medien oft genannt. Was diese Begriffe bedeuten, lesen Sie hier.

Energie und Arbeit

In der Physik ist der Ausdruck Energie als die Menge von Arbeit definiert, die ein physikalisches System verrichten kann. Entsprechend dieser Definition kann Energie weder erzeugt noch verbraucht oder zerstört werden.

 

Arbeit ist Kraft mal Weg. Wenn man an einem Körper Arbeit verrichtet, vergrößert man seinen Energiegehalt. Energie ist also "gespeicherte Arbeit". Diese "gespeicherte Arbeit" kann wieder abgegeben werden.

 

Energie kann in verschiedene Formen umgewandelt werden: Z.B. kann die kinetische Energie von bewegten Luftmolekülen vom Rotor einer Windkraftanlage in Rotationsenergie umgesetzt werden. Diese wiederum wird durch den angeschlossenen Generator in elektrische Energie umgewandelt. Bei jeder Art von Energieumwandlung wird ein Teil der Energie in Wärme (Reibung) umgeformt.

 

Im Internationalen Einheitssystem (SI-Einheit) wird Energie, Arbeit und Wärmemenge in Joule angegeben.

Energieträger

Nach der Reihenfolge ihres Einsatzes lässt sich die Energie in vier Stufen einteilen:

  • Primärenergieträger kommen in der Natur direkt vor, wie Stein- und Braunkohle, Erdöl oder -gas, sowie erneuerbare Energiequellen. Sie sind keiner Umwandlung unterworfen.
  • In den meisten Fällen muss Primärenenergie in Kraftwerken, Raffinerien etc. in Sekundärenergieträger umgewandelt werden. Sekundärenergie ist Energie, die als Ergebnis eines Umwandlungsprozesses und unter Energieverlust aus Primärenergie gewonnen wird (z.B. Koks, Briketts, Strom, Fernwärme, Heizöl oder Benzin).
  • Die Energie am Ort der/des Verbraucherin/Verbrauchers ist Endenergie,
  • diese wird, wieder unter "Verlusten", in Nutzenergie umgewandelt (Heiz- und Prozesswärme, Licht sowie mechanische Energie).

Energieverluste

Wenn umgangssprachlich von Energieverlusten gesprochen wird, ist jener Teil der Energie gemeint, der in der nächsten Energieumwandlungsstufe nicht mehr direkt zur Verfügung steht. In der Physik wird dafür der Begriff "Entropie" definiert. Damit ist gemeint, dass man umso weniger nutzbare Arbeit durch Energieumwandlung erzielen kann, je mehr Energie in Wärme umgewandelt wird.

Energie kann von einem Körper aufgenommen, gespeichert und wieder abgegeben werden. Energieaufnahme durch einen Körper geschieht meist, indem an dem Körper eine (äußere) Arbeit verrichtet wird. Der Körper gibt Energie ab, wenn er selbst Arbeit an einem anderen Körper verrichtet. Energie und Arbeit sind also einander äquivalent und lassen sich ineinander transferieren. Die Energieänderung ist gleich die Arbeit.

Perpetuum mobile

Ein Perpetuum Mobile ist eine Vorrichtung mechanischer, chemischer oder anderer Natur, die, einmal in Betrieb gesetzt, auf Dauer in Betrieb bleibt und zusätzlich Arbeit verrichtet. Nur der natürliche Verschleiß der Bestandteile setzt der dauernden Bewegung ein Ende. Ein Perpetuum mobile ist aus Sicht der Thermodynamik (Energieerhaltungssatz) nicht möglich.

Leistung

Leistung ist Arbeit pro Zeiteinheit. Leistung wird in der SI-Einheit Watt (W) angegeben. Leistung kann zu jedem beliebigen Zeitpunkt gemessen werden, während Energie über eine bestimmte Zeitspanne (eine Sekunde, eine Stunde oder ein Jahr) gemessen wird.

Einheiten für Energie und Umrechnungsfaktoren

Joule (J)

Joule ist eine physikalische Einheit für Energie, Arbeit und Wärmemenge

Die Arbeit von 1 Joule wird verrichtet, wenn man zum Beispiel einen Körper mit der Gewichtskraft von einem 1 Newton (d.h. einen Körper mit der Masse 0,102 kg) um 1 Meter hochhebt.

Ein Joule entspricht jener Energie, die benötigt wird, um für die Dauer einer Sekunde die Leistung von einem Watt aufzubringen (1 Wattsekunde).

 

Wattstunde (Wh)

Die Wattstunde (Wh) ist eine Maßeinheit der Arbeit.

Eine Wattstunde entspricht der Energie, welche eine Maschine mit einer Leistung von einem Watt in einer Stunde aufnimmt oder abgibt.

 

Watt (W)

Im Gegensatz zu Joule und Wattstunde ist das Watt die Einheit für die Leistung, also der Energie pro Zeit.

 

1 J (Joule) = 1 Ws (Wattsekunde)

1 kJ (Kilojoule) = 0.2778 Wh

1 MJ (Megajoule) = 0.2778 kWh

1 GJ (Gigajoule) = 0.2778 MWh = 0.02388 toe

1 kWh (Kilowattstunde = 3.600000 J = 3.600 kJ = 3.6 MJ

1 MWh (Megawattstunde) = 3.6 GJ = 0.086 toe

1 toe (Tonne Oil Equivalent) = 11.63 MWh = 41.868 GJ

 

103  kilo (k) = Tausend

106  mega (M) = Million

109  giga (G) = Milliarde

1012 tera (T) = Billion

1015 peta (P) = Billarde

1018 exa (E) = Trillion

Umrechnungsfaktoren      
  kJ kWh kg RÖE
1 Kilojoule (kJ) 1 0,000278 0,000024
1 Kilowattstunde (kWh) 3.600 1 0,086
1 kg Rohöleinheit (RÖE) 41.868 11,63 1