Energie

Energie ist ein Grundbegriff der Physik und beschreibt die Fähigkeit eines Systems, Arbeit zu verrichten oder Wärme zu erzeugen. Sie tritt in verschiedenen Formen auf, wie mechanische, thermische, chemische, elektrische, magnetische oder nukleare Energie. Energie kann von einer Form in eine andere umgewandelt werden, wird jedoch nach dem Energieerhaltungssatz in einem abgeschlossenen System nicht vernichtet. Diese Grundregel gilt als eine der fundamentalen Gesetze der Physik.

Formen der Energie

Mechanische Energie unterteilt sich in kinetische und potentielle Energie. Kinetische Energie beschreibt die Bewegungsenergie eines Körpers. Sie lässt sich durch die Formel berechnen:

Wk = (m / 2) · v²

1 kg · 1 (m² / s²) = 1 Nm = 1 J

Wk = kinetische Energie (Nm), (J) oder (Ws)  
m = Masse (kg)  
v = Geschwindigkeit (m/s)  

Potentielle Energie hängt von der Lage eines Körpers in einem Kraftfeld, z. B. dem Gravitationsfeld, ab. Thermische Energie bezieht sich auf die innere Bewegungsenergie der Teilchen eines Stoffes, die dessen Temperatur bestimmt. Chemische Energie ist in Molekülen gespeichert und wird bei chemischen Reaktionen, etwa bei der Verbrennung von Kohlenwasserstoffen oder beim Essen, freigesetzt. Elektrische Energie wird durch elektrische Ladungen erzeugt und ist Grundlage für Stromversorgung und moderne Technik.

Energieformen und Formeln

Energieform	Formel	Variablen und Einheiten
Kinetische Energie	Wk = (m / 2) · v²	Wk = kinetische Energie (Nm / J / Ws) m = Masse (kg) v = Geschwindigkeit (m/s)
Potenzielle Energie (Gravitation)	Wp = m · g · h	Wp = potenzielle Energie (Nm / J / Ws) m = Masse (kg) g = Erdbeschleunigung (≈9,81 m/s²) h = Höhe (m)
Elektrische Energie	We = U · Q	We = elektrische Energie (Nm / J / Ws) U = elektrische Spannung (V) Q = elektrische Ladung (C)
Thermische Energie	Q = m · c · ΔT	Q = Wärmeenergie (J) m = Masse (kg) c = spezifische Wärmekapazität (J/kg·K) ΔT = Temperaturänderung (K)
Massenergie (Relativität)	E = m · c²	E = Energie (J) m = Masse (kg) c = Lichtgeschwindigkeit (≈3·10⁸ m/s)

Energiequellen und Nutzung

Die Nutzung und Umwandlung von Energie ist zentral für Industrie, Verkehr, Haushalte und Forschung. Energiequellen lassen sich in erneuerbare und nicht erneuerbare Quellen unterteilen. Nicht erneuerbare Energiequellen wie Kohle, Erdöl, Erdgas oder Uran sind begrenzt und tragen zur Umweltbelastung bei, insbesondere durch Treibhausgasemissionen. Erneuerbare Energiequellen wie Sonnenenergie, Wind, Wasser oder Biomasse stehen hingegen kontinuierlich zur Verfügung und gelten als nachhaltiger. Effizienz und Energiesparen spielen eine zunehmend wichtige Rolle, da global steigender Energieverbrauch und Klimawandel die Ressourcennutzung und Umweltbelastung beeinflussen.

Messung und Einheiten

In der Physik werden Energiewerte oft in Joule (J) gemessen, während im Alltag häufig Kilowattstunden (kWh) zur Beschreibung des Energieverbrauchs verwendet werden. Die Kenntnis über Energieformen, -umwandlung und -verbrauch ist wesentlich für technologische Entwicklungen, Energiepolitik und nachhaltige Lebensweise. Moderne Konzepte wie Kraft-Wärme-Kopplung, Energiespeicher, elektrische Mobilität und regenerative Energieversorgung zielen darauf ab, Energie effizienter zu nutzen und Umweltauswirkungen zu reduzieren. Damit ist Energie nicht nur ein physikalisches Konzept, sondern auch ein zentraler Faktor für gesellschaftliche und wirtschaftliche Entwicklungen.