Energie E
Energie ist eine physikalische Zustandsgröße. Üblicherweise wird für die Energie das Formelzeichen E verwendet. Die Energie E eines Systems lässt sich selbst nicht messen. Sie wird berechnet.
Maßeinheit
Die Maßeinheit für Energie ist gesetzlich auf Joule (J) festgelegt. Da Arbeit und Energie als gleichwertig gelten ist Joule (J) auch für die Arbeit die Maßeinheit. Häufig wird für die elektrische Arbeit die Maßeinheit Wattsekunde (Ws) verwendet.
In der Energietechnik ist Wattsekunde (Ws) zu klein. Daher wird die Einheit Kilowattstunde (kWh) angewendet.
Für die mechanische Arbeit wird Newtonmeter (Nm) verwendet. Sie setzt sich aus den Einheiten Newton (N) für die Kraft und die Einheit Meter (m) für die Länge zusammen.
Für Wärmeenergie wird normalerweise auch Joule (J) angegeben. Hin und wieder werden die Maßeinheiten Kalorie (cal) oder Kilokalorie (kcal) für die Wärmeenergie angegeben.
| Energie | J / Ws / Nm | kWh | kcal |
|---|---|---|---|
| 1 J = 1 Ws = 1 Nm | 1 | 0,278 * 10-6 | 0,239 * 10-3 |
| 1 kWh | 3,6 * 106 | 1 | 860 |
| 1 kcal | 4186 | 1,16 * 10-3 | 1 |
Energieformen
Mechanische Energie
- Kinetische Energie
- Potentielle Energie
- Schwingung
- Elastische Energie
- Schall
- Wellen
Thermische und innere Energie
- Thermodynamik (umgangssprachlich Wärmeenergie)
Elektrische und magnetische Energie
- Elektrische Energie
- Magnetismus
- Elektromagnetische Schwingungen
Bindungsenergie
- Chemische Energie
- Kernenergie
Energieumwandlung
Die einzelnen Energieformen können ineinander umgewandelt werden, ohne dass sich die Energiemenge ändert. Man muss dann aber bei der Umwandlung von einem Wirkungsgrad von 100% ausgehen.
Energie kann nicht erzeugt, sondern nur umgewandelt werden.
Beispiele
- Motor = elektrische/chemische Energie in Bewegungsenergie
- Generator = Bewegungsenergie in elektrische Energie
- Batterie = chemische Energie in elektrische Energie
- Tauchsieder = elektrische Energie in Wärmeenergie
- Thermoelement = Wärmeenergie in elektrische Energie
- Bremse = Bewegungsenergie in Wärme
Motor
Beim Motor wird elektrische oder chemische Energie in Bewegungsenergie umgesetzt. Entweder als Elektromotor oder Verbrennungsmotor mit Kraftstoff. Häufig entsteht bei dieser Energieumwandlung auch Wärmeenergie. Entweder durch Reibung und/oder durch die Verbrennung.
| Energieumwandlung | Leistung | Wirkungsgrad |
|---|---|---|
| Wechselstrommotor | 500 W | 0,7 |
| Drehstrommotor | 1 kW | 0,8 |
| Drehstrommotor | 50 kW | 0,9 |
| Drehstrommotor | 1000 kW | 0,95 |
| Blei-Akkumulator | - | 0,75 |
| Transformator | 1 kVA | 0,9 |
| Transformator | 50.000 kVA | 0,995 |
| Glühlampe | 40 W | 0,015 |
| Rundfunkgerät | - | 0,05 |
Wirkungsgrad
Die Energieumwandlung hat in der Praxis häufig große Nachteile. Im Prinzip ist es nicht möglich eine Energieform in eine andere Energieform verlustfrei zu wandeln. Bei der Umwandlung von Energieformen, entsteht immer ein Energieverlust Wv. Es handelt sich dabei um eine Energieform die nicht gewünscht ist (z. B. Wärme).
Deshalb ist der Wirkungsgrad immer kleiner als 1. Besonders bei hohen Leistungen ist man bestrebt den Wirkungsgrad möglichst nahe an 1 zu halten.
