Hinweis: Dieser Artikel ist ein Beitrag zum ScienceBlogs Blog-Schreibwettbewerb 2015. Hinweise zum Ablauf des Bewerbs und wie ihr dabei Abstimmen könnt findet ihr hier. Informationen über die Autoren der Wettbewerbsbeiträge findet ihr jeweils am Ende der Artikel.
sb-wettbewerb
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Was ist Energie? Wie tritt Energie in Erscheinung? Wie können wir Energie erschaffen? Wie sieht die Zukunft der Energie auf?

Die Energie selbst hat sich mit einigen Antworten an die Menschheit gewandt:

Werte Menschen,

Ihr kennt mich alle – oder glaubt vielmehr mich zu kennen: Ich bin die Energie. Keine eurer Naturwissenschaften kommt heute ohne mich aus, ich beschäftige ganze Parlamente, und die Spirituellen unter euch haben oft eine ganz eigene Vorstellung von mir. Wer ich bin, erscheint da geradezu simpel und selbstverständlich. Aber kennt ihr mich wirklich so gut?

Wenn man nämlich darum bittet, mich vorzustellen, zu erklären was Energie ist, rauchen nicht selten die Köpfe. So kommt selbst der bekannte Physiker Harald Lesch bei dem Versuch mich zu präsentieren gehörig ins Straucheln. Das gibt er sogar selbst zu.

Was ist Energie?

Ihr könnt mich also nicht erklären? Das mag daran liegen, dass ihr mich erfunden habt. Und das häufig gar nicht mehr wisst. Ihr habt mir einen altgriechischen Namen gegeben: “en” steht für “innen”, und “ergon” für “Wirken”. Ich bin also “inneres Wirken”, so etwas wie in einem Gegenstand gespeicherte Arbeit.

Und Gespeichertes kann stets woanders hin weitergegeben werden. Das gilt auch für mich. Sobald ich weitergegeben werde, tut sich etwas in der Welt: Ich setze etwas in Bewegung, bewirke eine wahrnehmbare Veränderung.

Eine geladene Batterie zum Beispiel ist ein fester, schwerer und eigentlich ziemlich langweiliger Gegenstand. Wenn man sie aber in einen Stromkreis einfügt, kann Licht entstehen, ein Elektromotor dreht sich, oder Kathis Tastatur sendet Wörter und Sätze an ihren Computer und lässt Blogartikel entstehen.

Und dann kommt ihr ins Rechnen. Wieviel Veränderung kann ein Ding bewirken, das….das…was eigentlich enthält? Mich, habt ihr euch gedacht, die Energie. Ich habe in jedem Ding einen Betrag, welcher dem entspricht, was es bewirken kann. Und das, obwohl ich keinerlei Platz wegnehme!

Das heisst, ich bin bloss eine Zahl, eine abstrakte physikalische Rechengrösse, die ihr jedem Ding in eurer Welt zuordnen könnt (Darüber sind Harald Lesch und verschiedene Info-Portale zur Energie (z.B. http://www.energie.ch) sich übrigens einig).

Wie wird Energie übertragen?

Bei den Dingen bin ich allerdings ziemlich unbeliebt. Alles strebt danach mich schnellstmöglich los zu werden. Dabei muss ich aber stets irgendwo hin, sodass der einzige Weg mich los zu werden darin besteht, mich woanders hin abzugeben.

Manchmal wird mein Betrag, der einem Ding zugeordnet ist, dabei einfach kleiner, und jener meines Ziels grösser. Sehr oft jedoch ändere ich dabei auch meine “Gestalt”, und damit die Art und Weise, in welcher ihr mich in euren Rechnungen erfasst. In jedem Fall bewirke ich dabei eine Veränderung der Dinge, die mich enthalten: Eine Kugel, die eine Anhöhe hinab rollt, wird beschleunigt, Atome werden zu neuen Molekülen umgebaut, und vieles mehr.

Zum Glück gibt es in der Natur weitere Regeln, die bei diesen Veränderungen befolgt werden müssen: Grössen wie Impuls, Drehimpuls, aber auch die Anzahl Elementarteilchen bestimmter Sorten müssen stets erhalten bleiben. So ist es nicht immer ganz einfach mich los zu werden, und ich kann unter den richtigen Umständen in den Dingen gespeichert verbleiben.

Wenn ich dann schliesslich doch gehe, unterscheidet ihr gern zwei verschiedene Wege, auf welchen ich den Abgang machen kann:

Arbeit

Wenn ich zuvor unbemerkt in einem Ding gespeichert war, ist die Veränderung, die ich bei dieser Art Abgang bewirke, in irgendeiner Weise gerichtet. Die Pulverexplosion im Gewehrlauf verlasse ich (besser: ein Teil von mir) als kinetische Energie der Kugel in Richtung Mündung, und aus Molekülen werden in einer chemischen Reaktion bestimmte andere Moleküle mit weniger Energie. Weil ihr euch diesen Weg gerne zu Nutze macht, indem ihr meine Umwandlung nach euren Vorstellungen lenkt, nennt ihr mein gerichtetes Wirken gerne “Arbeit”. Und wenn man sich Arbeit macht, kommt (meistens) irgendetwas sinnvolles, geordnetes dabei heraus.

Wärme

Eine besondere Gestalt meiner selbst ist die Wärme, oder thermische Energie. Jegliche Materie hat Wärme, denn Wärme ist die ungeordnete Bewegung all jener winzigen Teilchen, aus denen die Materie besteht. Und da jegliche Materie Wärme hat, kann auch jegliche Materie sie abgeben, wenn ihre Umgebung weniger Wärme hat. Dabei kann ein Ding seine Wärme auf zwei Arten loswerden:

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Kommentare (30)

  1. #1 Crazee
    14. September 2015

    Hihi! Ein super Start in die Woche. Danke!

  2. #2 nur Consuela
    14. September 2015

    Schön ge- und beschrieben, vielen Dank!

  3. #3 Kathi Keinstein
    14. September 2015

    Es freut mich, dass euch der Post gefällt! :)

  4. #4 MartinB
    14. September 2015

    Nett und witzig geschrieben.
    Als Scienceblogs-Chef-Pedant und Obernörgler habe ich aber zwei Anmerkungen/Korrekturen:
    1. direkt nach dem Urknall war die Energiedichte so hoch, dass die Energie in Form elektroschwacher und auch starker Strahlung vorlag, nicht nur als elektromagnetsiche energie,
    2. Die Energieerhaltung für das gesamte Universum ist soweit ich weiß ein problematisches Konzept und es ist nicht klar, ob sie da wirklich gilt.

  5. #5 MartinB
    14. September 2015

    PS: Der Link auf deinen Artikel zur Sonnencreme führt ins Leere.

  6. #6 Kathi Keinstein
    14. September 2015

    Den Artikel zu UV-Licht und Sonnencreme gibt es hier:
    http://www.keinsteins-kiste.ch/wie-du-dank-sonnencreme-und-uv-filtern-deine-ferien-geniessen-kannst/

    Ich musste nach dem Einreichen des Artikels ein kleines Problem mit meinen Permalinks beheben – dabei hat sich wohl eine leichte Änderung eingeschlichen.

    Florian: Würdest du den Link im Beitrag entsprechend anpassen?

  7. #7 Ina
    14. September 2015

    Sehr guter Text! So wie alle anderen aus deiner Kiste :-)

  8. #8 gaius
    14. September 2015

    Hat mir gefallen, ein schöner Überblick!

  9. #9 noch'n Flo
    Schoggiland
    14. September 2015

    Das ist einer dieser schönen Artikel, die man in Diskussionen mit Esos – die ja zuweilen ein völlig anderes Verständnis vom Energie-Begriff haben – selbigen mit Genuss um die Ohren haut. Bravo, toll geschrieben!

  10. #10 Hoffmann
    14. September 2015

    Sehr guter Artikel! Flüssig geschrieben und eingängig lesbar. Tolle Leistung!

  11. #11 Hans
    14. September 2015

    Der Artikel gefällt mir ebenfalls sehr gut. :-)

    Eine Kleinigkeit hab ich aber auch noch zu nörgeln:

    Das Glühen eines heissen Stück Metalls ist auch eine Erscheinung von Wärmestrahlung, deren Wellenlänge im Bereich des sichtbaren Bereich liegt.

    Ah ja. :-) Das sollte wahrscheinlich “deren Wellenlänge im Bereich des sichtbaren Lichts liegt.” heissen, oder?

  12. #12 Ursula
    14. September 2015

    Sehr schön! Hätte dich gern gehabt als Lehrerinnen so anno dazumal vor ca. 45 Jahren. 😉

  13. #13 Alderamin
    14. September 2015

    @Kathi Keinstein

    Auch von mir Daumen hoch! Nette Idee mit der Ich-Form.

  14. #14 Mafl
    14. September 2015

    Lesezeichen gesetzt!
    Schöner Artikel, der mir bestimmt immer mal wieder weiterhelfen wird.

  15. #15 Kathi Keinstein
    14. September 2015

    Vielen Dank euch allen für die tollen Rückmeldungen :). So macht das Schreiben gleich vielfach Freude.

    @MartinB (#4): Vielen Dank für die Ergänzungen bzw. Korrekturen: Dank ehrlicher Chef-Pedanten bzw. Obernörgler lernt man meist Interessantes dazu – insbesondere wenn sie von dem Fach sind, in dem man gerade “wildert”.

    Die Kosmologie ist ein höchst spannendes Feld, aber mit mehr als einem fragwürdigen bzw. unvollständig geklärten Konzept behaftet. Die alle (oder auch nur die hier angeschnittenen) allumfassend zu recherchieren und in diesem Artikel durchzudiskutieren hätte wohl den Rahmen gesprengt und wäre nicht das Ziel der Sache gewesen. In sofern hoffe ich, dass du mir die (zu?) grobe Reduktion hinsichtlich der Energieerhaltung im Universum nachsiehst…

    Gleiches gilt für die vernachlässigte elektroschwache und die starke Strahlung – die mir vielleicht auch deshalb durch die Lappen gegangen sind, weil mir die Begriffe in der Form garnicht geläufig sind – sondern eher als elektroschwache bzw. starke Wechselwirkung. Hast du einen Tipp, wo man sich auf diesem Gebiet schlau lesen kann?

    @noch’n’Flo (#9): Tatsächlich bin ich beim Stöbern hier und in anderen Scienceblogs über derlei Diskussionen mit “Esos” gestolpert, die mich – unter anderem – zur Themenwahl inspiriert haben ;).

    @Hans: Natürlich hast du recht – es soll […]im Bereich des sichtbaren Lichts[…] heissen. Auf meinem eigenen Blog würde ich das jetzt korrigieren…aber hier ist das wohl Florian überlassen.

    In jedem Fall danke für den Hinweis! :)

  16. #16 Suse
    14. September 2015

    Super Beitrag! Du wirst deine Schüler bestimmt für Naturwissenschaften begeistern! Leider können das die wenigsten Lehrer.

  17. #17 Dampier
    14. September 2015

    Schöner Artikel :] sehr anschaulich.

    Deshalb ist der Bau einer Maschine, die mich ewig im Kreis herum reicht (das wäre ein Perpetuum mobile), nicht möglich.

  18. #18 dgbrt
    14. September 2015

    Sehr schöner Artikel und nett zu lesen in dieser Ich-Form.

    Aber die wichtigste Formel der Physik sollte in diesem Zusammenhang schon erwähnt werden:
    E = mc²
    Energie ist äquivalent zur Masse und beide können sich gegenseitig ineinander umwandeln. Den Urheber dieser Formel muss ich wohl eigentlich nicht nennen, aber diese Formel von Albert Einstein ist deswegen so schön, weil sie überall gilt. Im ganz Kleinen genauso wie im ganz großen. Das ist bis heute eigentlich die einzige Formel, die die Quantenmechanik mit der Allgemeinen Relativitätstheorie verbindet.

  19. #19 mathias
    15. September 2015

    Ende?

    “Ich werde unweigerlich in Wärme und Unordnung enden”.

    Oder auch nicht. Wenn du lange genug wartest, kommst du schon wieder auf die Beine. Frag mal den Boltzmann 😉

  20. #20 Kathi Keinstein
    15. September 2015

    @dgbrt (#18):
    Natürlich ist Masse auch eine der erwähnten Energieformen, noch dazu eine, die mir besonders lieb ist: Ich geniesse es stets im Unterricht ein Rechenbeispiel zum Massendefekt vorzuführen (i.d.R. im Zusammenhang mit der Kernspaltung) und so die entsprechende Umwandlung “ersichtlich” zu machen. In meinem Text hier hätte ich allerdings “gerechterweise” auch auf andere Energieformen näher eingehen müssen (ob die “Einstein-Formel” die wichtigste Gleichung der Physik ist, ist vermutlich Geschmackssache, aber sie mag durchaus die populärste sein) – und dann wäre er einmal mehr zu lang geworden. Da nehme ich mir lieber beizeiten in einem eigenen Post zum Massendefekt Zeit, um diese faszinierende Energieform angemessen zu würdigen :).

    @mathias (#19):
    Da der Boltzmann schon seit über 100 Jahren keine Fragen mehr beantworten kann ;), habe ich stattdessen im Namen der Energie das Netz gefragt und bin auf eine Theorie gestossen, die mich (und nicht nur mich) eher an Douglas Adams als an ernstgemeinte Physik denken liess – aber anscheinend doch letzteres ist. Da geht es darum, dass innerhalb von ausreichend langen (also so ziemlich unendlichen) Zeiträumen laut Wahrscheinlichkeitsrechnung selbst die unwahrscheinlichsten Vorkommnisse (wie die spontane Enstehung denkender Gehirne oder gar eines Urknalls aus dem Vakuum – also Ordnung und vielfältige Energie!) sehr wahrscheinlich (bzw. unumgänglich) werden…

    Die Physik bzw. Mathematik der Unendlichkeit ist eine ziemlich seltsame Sache, die uns ja schon bei der Anfangssingularität Kopfzerbrechen bereitet und besonders Philosophen reichlich Denkstoff liefert. Mit anderen Worten: Sie ist geradezu unendlich weit weg von allem, was wir noch irgendwie begreifen können.

    Bis es also soweit kommen könnte, dass die Thermodynamik vor der Wahrscheinlichkeitsrechnung “kapituliert” und die Energie “wieder auf die Beine kommt”, würden jegliche für uns relevante bzw. begreifbare Zeitspannen, während derer die Hauptsätze gültig bleiben,
    längst vergangen sein.

    Kurzum: Die Energie wird – gemäss der Theorie vom “Wärmetod” – unweigerlich in Wärme und Unordnung enden, bevor irgendein Neuanfang durch Boltzmann’sche Seltsamkeiten eintreten dürfte.

  21. #21 mathias
    16. September 2015

    @Kathi Keinstein
    Das ist es doch. Es geht ja nicht um das “Unendliche”, sondern das ganze sollte in “endlichen”, wenn auch wahnsinnig langen, Zeitintervallen geschehen. Immer und immer wieder. Das ist eben ein ganz großer Unterschied in der Mathematik. Aber das hat jetzt mit Ihrem schönen Artikel wirklich nicht mehr viel zu tun und liegt wohl tatsächlich im Übergangsbereich zwischen Physik und Philosophie.

  22. […] der Wärme, die von der Kammer ausgeht, erhitzt (mehr über die Übertragung von Wärme kann die Energie höchstselbst dir hier erzählen). Dabei erreicht es Temperaturen von 100 – 250°C – der Druck der Wassersäule, die auf […]

  23. #23 BreitSide
    Beim Deich
    8. Oktober 2015

    @Kathi: “So hat ein moderner Elektromotor, der elektrische Energie in Rotationsenergie (eine Art ‘im Kreis’ gerichtete Bewegungsenergie) umwandelt, einen Wirkungsgrad von über 0,9 bzw. 90%. Bevor ihr jetzt frohlockt und euchsofort ein E-Bike oder Elektroauto anschafft, denkt daran, dass jede weitere Übertragung meiner selbst – zum Beispiel die Umwandlung von Rotationsenergie zu geradeaus gerichteter Bewegungsenergie – ihren eigenen Wirkungsgrad beisteuert.”

    E-Motoren haben Wirkungsgrade von mehr als 90%, sogar bis 99,5%. Damit sind sie Verbrennungsmotoren weit überlegen.

    Selbst wenn man Well-to-Wheel rechnet, sind sie noch um ein Mehrfaches besser als Verbrennungsmotoren. Vor allem, wenn man wirklich Well-to-Wheel rechnet und nicht nur ab Zapfsäule.

    Insofern ist das eAuto ohne Alternative. Es braucht nur die elektrische Energie, die zur Erzeugung des Sprits notwendig ist, um die selbe Menge eAutos zur Hälfte zu versorgen (1,5 kWh/Liter Sprit, 5 l/100 km, 15 kWh/100 km).

  24. #24 Kathi Keinstein
    9. Oktober 2015

    @BreitSide: Wie du mich richtig zitierst, habe auch ich in meinem Artikel den E-Motoren einen Wirkungsgrad von über 90% zugestanden.

    Dass sie damit einen Verbrennungsmotor hoch überlegen sind, ist mir bewusst. Dieser Vergleich war in besagtem Absatz aber nicht das Thema – es ging mir dort um die Zusammensetzung des Wirkungsgrades einer Maschine aus den Wirkungsgraden der einzelnen Energieumwandlungen. Und die summieren sich für Elektro-Fahrzeuge im Prinzip genauso wie für Fahrzeuge mit Verbrennungsmotoren.

    Nichts desto trotz ist der Vergleich von E-Auto und “Verbrennungs-Auto” eine interessante Angelegenheit (in sofern danke für die Ergänzung :) ), die zudem nicht ganz so einfach zu sein scheint, wie sie auf den ersten Blick anmuten mag.

    So habe ich in der Zeit, als ich diesen Beitrag verfasste, auf “Was geht?” über die vertrackten Voraussetzungen zum Energiesparen mit Elektroautos gelesen (Auf Verbrauch pro 100km umgerechnet liegen die dort genannten Zahlen in der gleichen Grössenordnung wie deine):

    http://scienceblogs.de/wasgeht/2015/08/26/neuer-reichweitenrekord-fuer-tesla-p85d-unter-schmerzen/

    …und mich in meinen Beitrag wohlweislich auf die Grundlagen beschäftigt. Denn ob das E-Auto unter den bei Wasgeht? beschriebenen Bedinungen (Optimierung auf langsame Fahrt und ebenes Terrain) wirklich “ohne Alternative” ist, bleibt in meinen Augen abzuwarten.

  25. #25 BreitSide
    Beim Deich
    9. Oktober 2015

    Ja, sorry, ich hatte das “über” vor dem 0,9 übersehen und es nicht auf die 90% angewandt ;-(

    Sooo vertrackt sind die Voraussetzungen beim ökologisch akzeptablen Autofahren (also eAutos Fahren) auch nicht. Schneller zu fahren braucht halt mehr Energie. Das ist bei den geschummelten Verbrauchswerten der Verbrenner nach NEFZ genauso. Selbst mit 20 oder 30 kWh/100 km statt der 10 im Test ist das eAuto um Klassen besser als der vergleichbare Verbrenner.

    Ich meinte natürlich nicht, dass Autos nur noch 40 kmh fahren sollte. Ich finde diese Unterstellung schon grenzwertig. EAutos sind insgesamt alternativlos.

    Wie gesagt, die Hälfte der notwendigen Fahrenergie für unsere 40+ Millionen Autos ist ja schon da, wenn man nur die Raffinerien und Weiterverarbeiter abschaltet. Die andere Hälfte ist nur 1/30 der Energie, die die Verbrenner sonst verbrennen.

    EMobilität ist alternativlos, wenn wir den Klimaschutz und dessen 2-Grad-Ziel auch nur ein bisschen ernst nehmen wollen.

  26. #26 Kathi Keinstein
    9. Oktober 2015

    Ich denke, die eigentliche “Unterstellung”, bzw. das Problem, das der Wasgeht-Artikel aufzeigen will, besteht darin, dass wir, d.h. die Menschheit , oder Gesellschaft – wie man es auch nennen mag, unsere Lebensweise gewaltig ändern müssten, wollten wir die E-Autos (aber durchaus auch andere “neue” Technologien) so nutzen, wie du es dir vorstellst. Dass das geschieht, insbesondere so einfach von heute auf morgen, ist meinesachtens – so “gesund” es für alle Beteiligten wäre – nicht realistisch.

    Insbesondere “[…]wenn man nur die Raffinerien und Weiterverarbeiter abschaltet[…]” zeigt, dass du dir das gar zu einfach machst: Die Raffinerien liefern nicht nur Treibstoff, sondern auch Rohstoffe für den grössten Teil der Kunststoff-Industrie. Da müsste also auch ein Ersatz her.

    Biokunststoffe aus Pflanzenmaterial sind dafür interessante Kandidaten – vor ein paar Wochen habe ich darüber geschrieben: http://www.keinsteins-kiste.ch/begegnung-mit-polylactid-kompost-statt-muellberg-dank-abbaubarem-bio-kunststoff/

    Das hat einiges an Potential…aber auch die Biokunststoff-Technologie ist vertrackt – noch, wenn alles gut geht, denn vieles und vielversprechendes ist da noch in der Entwicklung.

  27. #27 BreitSide
    Beim Deich
    9. Oktober 2015

    Norwegen macht es uns vor, wie dieser Umstieg ganz schnell gehen kann. Wenn man denn will.

    Fahr mal Probe in einem eAuto, und Du wirst merken, dass da überhaupt keine Umstellung notwendig ist. Nichts ist anders, nur wird ein anderes Kabel zum Zapfen verwendet.

    Natürlich sind die Zapfstellen in Deutschland noch nicht so flächendeckend wie nötig (warum wohl, in Norwegen oder Holland geht es doch auch?) und sind die Akkugrößen für normal erschwingliche eAutos noch nicht für spontane 1.000-km-Fahrten nonstop geeignet (für 90-95% aller Fahrten allemal).

    Aber diese Umstellungen auch zB der Raffinerien eignen sich nicht für eine “wenn alle Chinesen gleichzeitig vom Tisch springen”- Argumentation.

    Wir könnten die 1 Mio eAutos schon längst haben, wenn die Verbrennerlobby sich nicht dermaßen quer gestellt hätte. Dann wäre ja auch die Flottenemission heute schon weit unter 90 g/km. Und die Feinstaub- und NOx-Werte wären längst wirklich unter den heute geforderten Werten.

    Es ging mir natürlich nicht um die Schließung aller Raffinerien, aber eben um den Stopp der Spritproduktion. Die anderen Produkte sind doch davon überhaupt nicht tangiert.

    Ganz nebenbei könnten wir den Strom für unsere Autos komplett selbst regenerativ erzeugen und bräuchten nicht Öl oder Gas von Sklavenhalterstaaten mit mittelalterlichen Menschenrechtsvorstellungen zu kaufen.

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  29. […] 2015 auf scienceblogs.de. Neben einem Gastpost mit dem Wettbewerbsbeitrag „Wahrheiten über die Energie“ auf einem beliebten Scienceblogs.de-Blog brachte mir das nämlich einen 5. Preis und eine […]

  30. […] eine Energieform in eine andere umgewandelt wird, so erklärt es die Energie höchstselbst in ihrem Brief an die Menschheit, wird aus einem Teil der ursprünglichen Energie praktisch immer Wärme, ob man das nun will oder […]