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Grundwissen

Energieumwandlung

Das Wichtigste auf einen Blick

  • Energie kann zwischen verschiedenen Energieformen umgewandelt werden, z.B. von potentieller in kinetische Energie.
  • Bei einer Umwandlung geht jedoch zumeist ein kleiner Teil nicht in die gewünschte Energieform über und steht anschließend nicht mehr für weitere Umwandlungen zur Verfügung.
  • Finden mehrere Energieumwandlungen hintereinander statt, so werden diese häufig in einem Energieflussdiagrammen dargestellt.
Aufgaben Aufgaben
Abb. 1 Schrittweise Umwandlung von chemischer Energie in potentielle Energie

Bei nahezu allen Vorgängen in der Natur und Technik finden Energieumwandlungen statt. Der Erhaltungssatz der Energie sagt uns, dass dabei keine Energie verloren wird.

Allerdings ist es oft so, dass ein Teil der vorhandenen Energie nicht total in die gewünschte Energieform übergeht. Durch Reibung und ähnliche Prozesse kommt es fast immer zur Erwärmung von den beteiligten Objekten. Die dabei auftretende thermische Energie (in der Animation in Abb. 1 mit \({\Delta {E_i}}\) bezeichnet) steht dann meist nicht mehr für weitere Energieumwandlungen zur Verfügung.

In dem Beispiel in der Animation in Abb. 1 wird

die chemische Energie der Materialien in einer Batterie in elektrische Energie

diese elektrische Energie in einem Elektromotor in (mechanische) kinetische Energie eines Seils bzw. einer Rolle

diese kinetische Energie schließlich über die Winde in potentielle Energie einer Last

umgewandelt.

Die auftretenden Energieumwandlungensind auch schematisch in einem Energieflussdiagramm dargestellt.

Energieumwandlungen im Energieflussdiagramm

energiefluss_prinzip.svg Joachim Herz Stiftung
Abb. 2 Grundstruktur eines Energieflussdiagramms

Der prinzipielle Aufbau eines Energieflussdiagramms ist in Abb. 2 dargestellt. Gelegentlich werden Energieflussdiagramm auch so gezeichnet, dass die Dicke der Pfeile den Anteilen der entsprechend umgewandelten Energien entspricht. Ein dicker Pfeil bedeutet entsprechend, dass ein großer Teil der Energie in diese Energieform umgewandelt wird, ein dünner Pfeil, dass nur wenig Energie in diese Form umgewandelt wird.

Abb. 3 Schrittweise Umwandlung von chemischer Energie in Lichtenergie

Die Animation in Abb. 3 zeigt einen anderen Energieumwandlungsprozess. Hier finden Energieumwandlungen in vier verschiedenen Prozessen/Bauteilen statt, die durch unterschiedliche Farben markiert sind. Achte dabei besonders auf die violette Markierung am rechten unteren Ende der Dampfmaschine.

Aufgabe

Fülle das Energieflussdiagramm aus der Animation in Abb. 3 sinnvoll aus.

Lösung

dampfmaschine_generator_loesung.svg Joachim Herz Stiftung
Abb. 4 Ausgefülltes Energieflussdiagramm

Die chemische Energie des Brennstoffs (Kohle, Holz usw.) wird in der Feuerung der Dampfmaschine z.T. in thermische Energie des heißen Dampfes umgewandelt.

Die thermische Energie des heißen Dampfes wird in der Dampfmaschine z.T. in kinetische Energie der rotierenden Teile (Schwungrad, rotierende Spule im Generator usw.) umgewandelt.

Die kinetische Energie der rotierenden Generatorspule wird im Generator z.T. in elektrische Energie umgewandelt.

Die elektrische Energie wird durch die Lampe z.T. in Lichtenergie umgewandelt.