Energieumsatz bei chemischen Reaktionen/Energie aus physikalischer Sicht für Chemiker
Energie (aus dem altgriechischen: ἐν en „innen“ und ἔργον ergon „Wirken“) ist eine der fundamentalen Größen in der Physik. Die SI-Einheit ist Joule. Energie ist eine Größe, die in einem abgeschlossenen System immer gleich bleibt.
In einem abgeschlossenen System bleibt die Energie immer konstant. Energieformen werden daher nur ineinander umgewandelt. Es geht keine Energie verloren oder wird erzeugt.
- Praktisch ist ein solches abgeschlossenes System nicht wirklich zu realisieren, denn meist geht Energie in Form von Wärme verloren!
Vereinfacht wird Energie oft definiert als die Fähigkeit, Arbeit zu verrichten.
- Hubarbeit - es erfodert Arbeit, einen Gegenstand um eine bestimmte Höhe anzuheben.
- Spannarbeit - es erfordert Arbeit eine zunächst ungespannte Feder um eine bestimmte Strecke verlängern.
- Beschleunigungsarbeit - es erfodert auch Arbeit einen Gegenstand, der in Ruhe ist (sich also nicht bewegt) auf eine bestimmte Geschwindigkeit zu beschleunigen,
- Kompressionsarbeit - damit bezeichnet man die Arbeit, die an einem Gas verrichtet werden muss, um es zu verdichten (zusammenzudrücken).
Man kann auch anders sagen, muss braucht Energie, um die Arbeit zu verrichten. Das ist die Elektrische Energie, die ein Motor einer Seilwinde braucht, um etwas anzuheben. Um das Auto zu beschleunigen, braucht der Motor des Autos Energie, die ihm mit dem Benzin als Chemische Energie zugeführt wird. Und das ich Luft, die in einer Spritze eingeschlossen ist, zusammendrücken kann ist möglich, da ich meinem Körper Energie in Form von Nahrung zugeführt habe.
Ähnliches passiert zum Beispiel bei Wasserkraftwerken. Die Lageenergie des aufgestauten Wassers ermöglicht es, das Wasser durch Turbinen laufen zu lassen. Das sich bewegende Wasser hat Bewegungsenergie, die bewirkt, dass sich die Turbinen drehen und dann damit Strom erzeugt werden kann.
Datei:ThreeGorgesDam-China2009.jpg
Der Drei-Schluchten-Staudamm in China
Am Beispiel eines Skaters kann du sehen, wie verschiedene Energiearten ineinander umgewandelt werden können. Schalte dazu entweder das Kuchen- oder das Balkendiagramm an.
Aufträge:
- Welche Energiearten kommen hier vor?
- Nenne ein oder zwei Beispiele, wie hier Energieformen ineinander umgewandelt werden!
- In der zweiten Simulation (Reibung) scheint es so, dass Energie verloren geht. Wo geht die Lage bzw. Bewegungs-Energie hin?
Arten von Energie
Nach einigen Beispielen für verschiedene Arten von Energie hier eine komplette Übersicht mit Beispiel, wo diese Energiearten vorkommen.
In dem Bild rechts findest du typische Vorgänge, bei denen in Kraftwerken Energiearten ineineander umgewandelt werden. Drucke dir das Bild aus und markiere in der Zeichnung folgendes farbig:
- Energiearten - blau
- Die Maschinen, in denen die Umwandlung geschieht - gelb
- Die Vorgänge bei denen die Umgang geschieht - rot
In einem Video von 15 min. erklärt Prof. Lesch noch einmal, was man sich unter Energie vorstellen kann.
Da es auf dieser Seite nur um einen Abstecher in die Physik ging, um ausreichend Wissen für die Betrachtung der Energie bei chemischen Reaktionen zu haben, machen wir an dieser Stelle Schluss. Im Physik-Untericht wirst du dich noch genauer damit beschäftigen. Es folgen nun ein paar Interaktive Quizze, dait du testen kannst, ob du alels soweit verstanden hast.
Wir fassen aber noch einmal die einfachen Definition von drei Begriffen zusammen, zu Energie und Arbeit noch den Begriff Leistung.
- Energie ist die Fähigkeit Arbeit zu leisten
- Arbeit ist Energie, die umgesetzt wird
- Leistung ist die Menge an Arbeit, die pro Zeit geleistet wird
Gemischte Übungen
Halte die Defintionen für Energie, Arbeit und Leistung im Heft fest. Fülle anschließend den Lückentext aus, um zu kontrollieren, ob die die Begriffe richtig verstanden hast.
