Lernpfad Energie/Das physikalische Konzept Energie

Energie als physikalische Größe mit Einheit

Was "Frau Mileva" als erst einmal als "universelle Wirksamkeit" bezeichnet hat, ist tatsächlich eine der wichtigsten Größen der gesamten Physik: die so genannte Energie.

In physikalischen Formeln wird sie häufig mit $E$ oder (vor allem in Schulbüchern) tatsächlich mit $W$. Das kommt allerdings eigentlich vom englischen "Work" als von der deutschen "Wirksamkeit". Allerdings stammen diese beiden Wörter letztlich wieder aus der gleichen sprachlichen Quelle. Wir bleiben hier bei der Schreibweise mit dem $W$, weil das große $E$ in der Physik noch für etwas anderes gebraucht wird. So vermeiden wir Verwechslungen.

Zu den Einheiten:

Wenn eine Formel für die Energie $W=m \cdot g \cdot h$ gilt, dann muss die Einheit der Energie

$[W]=1 \text{kg} \cdot 1\frac{\text{N}}{\text{kg}}\cdot 1\text{m}=1\text{N}\cdot\text{m}$ sein.

Ein Newton ist aber gerade die Kraft, die man braucht, um ein Kilogramm innerhalb von einer Sekunde von Geschwindigkeit 0 auf Geschwindigkeit $1 \frac{\text{m}}{\text{s}}$ zu bringen:

$1\text{N}= 1 \text{kg}\cdot\frac{\text{m}}{\text{s}^2}$

Also ist

$[W]=1 \text{kg} \frac{\text{m}}{\text{s}^2}\cdot \text{m} = 1 \text{kg} \frac{\text{m}^2}{\text{s}^2}$

Die gleiche Einheit ergibt sich auch aus der anderen Formel

$W=\frac{1}{2}m v^2$

Weil es sich bei der Energie um eine derart wichtige Größe handelt, hat man dieser Einheit eine Abkürzung gegeben: 1 Joule.

Energie-Träger, Energie-Formen

Das Armbrust-Beispiel zeigt: Energie als "Wirksamkeit" kann ganz unterschiedlich vorliegen: In einer gespannten Armbrust, in der Geschwindigkeit des Bolzens oder der Höhenlage des Bolzens über der Planetenoberfläche.

In unterschiedlichen Büchern wird dieser Gedanke sprachlich unterschiedlich dargestellt. Die Physiker haben sich noch nicht auf eine einheitliche Sprechweise geeinigt. Physiker sind eben auch nur Menschen:

• Sprechweise: Energieträger und Energie-Umladung
  • "Die gleiche Energie hat während während des Schusses und des Fluges verschiedene Energieträger. Das ist die Spannung der Armbrust, die Geschwindigkeit des Bolzens oder die Lage des Bolzens über dem Boden.
  • Während des ganzen Ablaufes wechselt die Energie ihren Träger, die Energie wird umgeladen"

• Sprechweise: Energieformen und Energie-Umwandlung
  • "Die Energie liegt in verschiedenen Energieformen vor: Als Spannenergie, als Bewegungsenergie (auch kinetische Energie genannt) oder als Lageenergie (auch potentielle Energie genannt).
  • Während des Schusses wird die Spannenergie in Bewegungsenergie umgewandelt, während des Fluges nach oben die Bewegungsenergie in Lageenergie und während des Rücksturzes wird die Lageenergie wieder zurück in Bewegungsenergie umgewandelt.