Energie ist ein universeller Begriff, der sowohl in den Natur- und Geisteswissenschaften als auch im Alltag in den unterschiedlichsten Zusammenhängen verwendet wird.
In der Philosophie ist Energeia (griechisch für Tätigkeit) seit Aristoteles der Inbegriff des Realen im Gegensatz zum bloß Möglichen (Dynamis).
In der Psychologie stellt man sowohl äußerlich erkennbare Phänomene (wie etwa Leistungsvermögen, Handlungskraft) als auch innere Vorgänge (Motivation, Gefühle usw.) in Zusammenhang mit dem Engergiebegriff. Die Verwendung des Begriffes reicht dabei von streng wissenschaftlichen Verhaltensmodellen bis weit in den Bereich esoterischerWeltanschauungen.
im Alltag verwendet man das Wort Energie sowohl für die physikalisch-technische Energie, z. B. als Wort für den elektrischen Strom, als auch für den psychischen Antrieb (Lust) und das körperliche Arbeitsvermögen eines Menschen.
In Physik und Ingenieurwissenschaften hat der Energiebegriff (Formelzeichen: E) große Bedeutung erlangt. Energie ist die Fähigkeit eines physikalischenSystems, Arbeit zu verrichten. Der Begriff wurde von dem schottischen Physiker William John Macquorn Rankine im Jahr 1852 im heutigen Sinn in die Physik eingeführt und leitet sich aus dem griechischen ab: εν = in und εργον = Werk, Arbeit. En-ergie ist also die Größe, die in der Arbeit steckt. Vor 1852 wurde für die Energie der Begriff Kraft, in Deutschland auch "lebendige Kraft", benutzt.
Der Rest dieses Artikels bezieht sich auf die letztere, physikalisch dominierte Bedeutung des Begriffes Energie.
Bei den physikalischen Vorgängen treten viele verschiedene Energieformen auf, die hier zu vier Gruppen zusammengefasst sind. Da diese Einteilung nicht ohne Willkür ist, gibt es Sammelbegriffe für Energieformen, die spezielle Energieformen aus unterschiedlichen Gruppen kombinieren.
Mechanische Energie
Die Energie eines mechanischen Systems kann immer als Summe von kinetischer und potenzieller Energie dargestellt werden. Die beiden Begriffe werden über die klassische_Mechanik und die Quantenmechanik hinaus in fast allen Bereichen der Physik verwendet.
Kinetische Energie wird auch als Bewegungsenergie bezeichnet. Sie wird durch die Bewegung eines Körpers gegenüber seiner Umgebung und seine Masse bestimmt.
Potenzielle Energie wird auch als Energie der Lage bezeichnet. In der Mechanik ist sie die Energie eines Körpers, die er durch seine Lage in einem Kraftfeld besitzt, zum Beispiel im Gravitationsfeld der Erde (Gravitationsenergie) oder, falls er elektrisch geladen ist, in einem elektrischen Feld.
Schwingungsenergie: Beim Pendel wechselt die potenzielle Energie bei maximaler Auslenkung mit der gleich großen kinetischen Energie während des Durchgangs durch die Ruhelage ab. Über die Mechanik hinaus sind Schwingungen allgemein durch einen periodischen Wechsel zwischen zwei Energieformen charakterisiert.
Elastische Energie (Elastizität) ist die potenzielle Energie der aus ihrer Ruhelage verschobenen Atome in einem elstisch deformierten Körper.
Schallenergie: Beim Schall schwingen die Atome in Folge der Elastizität eines Festkörpers oder der Kompression einer Flüssigkeit oder eines Gases im Takt der Frequenz zwischen der potenziellen Energie der Auslenkung aus ihrer Ruhelage und der kinetischen Energie beim Durchgang durch diese Ruhelage. Der Begriff akustische Energie bezieht sich sowohl auf den hörbaren Schall als auch auf alle ähnlichen, jedoch nicht mit dem menschlichen Ohr wahrnehmbaren akustischen Schwingungen.
Wellenenergie ist ein Sammelbegriff, der nicht nur auf die akustischen Wellen zutrifft, sondern auf alle räumlich ausgebreiteten Schwingungsphänomene wie z. B. Wasserwellen und elektromagnetische_Wellen.
Thermische Energie
ist die mechanische Energie der ungeordneten thermischen Bewegung der Atom oder Moleküle von Festkörpern, Flüssigkeiten und Gasen. Thermische Energie wird auch als Wärmeenergie, Wärmeinhalt und Wärmemenge bezeichnet. Sie ist von der Temperatur abhängig.
Die Summe aus thermischer Energie, Schwingungsenergie im Körper und Bindungsenergie heißt Innere_Energie, also nicht allein der thermischen Energie zuordenbar.
Elektrische und magnetische Energie
Elektrische Energie ist als potenzielle Energie im elektrostatischen Feld von elektrischen Ladungen gespeichert.
Magnetische Energie ist im magnetischen Feld enthalten.
Elektromagnetische Schwingungsenergie: Durch Induktion wechselt elektrische Energie im Takt der Frequenz mit magnetischer Energie. Dies findet in elektrischen Schwingkreisen statt, aber auch im Raum, in dem sich das elektromagnetische Feld ausbreitet. Dann spricht man von elektromagnetischer Strahlungsenergie oder Phtotonenenergie und speziell für den sichtbaren Frequenzbereich von Lichtenergie.
Bindungsenergie
Chemische Energie: Energie, die in der chemischen Bindung von Atomen oder Molekülen enthalten ist. Sie wird bei exothermen Reaktionen frei.
Kernenergie: die Energie der Bindung der Protonen und Neutronen im Atomkern. Sie wird bei Kernreaktionen in die Bindungsenergie der Reaktionsprodukte, also neuer Atomkerne umgesetzt, und in verschiedene Arten von Strahlung.
Energie ist, unabhängig von der Energieform, eine charakterisierende Größe für den Zustand eines Systems, eine so genannte Zustandsgröße.
Umwandlung der Energieformen und Energienutzung
Energie kann in physikalischen Vorgängen weder erzeugt noch vernichtet sondern nur in verschiedene Energiearten umgewandelt werden. In einem geschlossenen System gilt der Energieerhaltungssatz, der einer der am genauesten experimentell gesicherten Sätze der Physik ist. Auch die Theorie unterstützt diese Überzeugung: In abgeschlossenen Systemen ist Energie eine Erhaltungsgröße.
Durch eine am System verrichtete Arbeit wird die Energie des Systems erhöht, verrichtet das System selbst Arbeit, so wird seine Energie geringer. Die Arbeit verursacht hier also eine Zustandsänderung in Form einer Temperatur-, Form-, Lage-, Beschleunigungsänderung etc.
Der Begriff Energienutzung bezieht sich auf die Umwandlung von einer Energieform in eine andere Energieform (→ Arbeit). Eine Energieerzeugung ist aufgrund des Energieerhaltungssatzes nicht möglich. Das gleiche gilt für Energieverbrauch, Energieverschwendung, Energiesparen und Energieverlust. In der Umgangssprache werden diese Worte oft mit moralischer Wertung für die Energieumwandlung verwendet. Weiterhin ist es nicht möglich, die Energieformen beliebig ineinander umzuwandeln. Insbesondere ist es unmöglich, dass ein System seine Wärmeenergie komplett als Arbeit abgibt.
Strahlungsenergie, auch in Form von akustischer Energie, wird beim Auftreffen auf eine absorbierende Fläche meistens in Wärmeenergie verwandelt.
Energieverbrauch
Mit dem Energieverbrauch wird die Nutzung von verschiedenen Energien in für Menschen gut verwendbaren Formen bezeichnet. Die von Menschen am stärksten benötigten Energieformen sind Wärmeenergie und Elektrizität. Die menschlichen Bedürfnisse richten sich vor allem auf die Bereiche Heizung, Nahrungszubereitung und den Betrieb von Einrichtungen und Maschinen zur Lebenserleichterung. Hierbei ist das Thema Fortbewegung und der Verbrauch z. B. fossiler Energieträger in Fahrzeugen nicht unerheblich.
Mit dem umgangssprachlichen Begriff: Energieverbrauch ist technisch ausgedrückt häufig die Freisetzung von Wärmeenergie in die Atmospäre gemeint. Unabhängig ob eine Energieeinheit in Form eines Holzstückes zu Heizzwecken oder zum Betrieb eines CD-Spielers zum Abhören einer CD angewendet wird, ist der "Verbrauch" durch das Erreichen der untersten Energiestufe z. B. als Abwärme in die Umwelt gekennzeichnet.
Der Energieverbrauch ist weltweit sehr unterschiedlich und in den Industrieländern um ein vielfaches höher als z. B. in der dritten Welt.
In hochentwickelten Ländern haben sich seit dem 19. Jahr. Unternehmen mit der Erzeugung und Bereitstellung von Energie für den allgemeinen Verbrauch beschäftigt. Hierbei steht die zentrale Erzeugung von elektrischer Energie sowie die Übertragung an die einzelnen Verbraucher im Vordergrund. Weiterhin ist die Beschaffung, der Transport und die Verwandlung von Brennmaterial zu Heizzwecken ein wichtiger Wirtschaftszweig.
Ca. 40% des weltweiten Energiebedarfes wird durch elektrische Energie gedeckt. Spitzenreiter im Verbrauch dieses Anteils sind mit ca. 20% elektrische Antriebe. Danach ist die Beleuchtung mit 19%, die Klimatechnik mit 16% und die Informationstechnik mit 14% am weltweiten elektrischen Energiebedarf beteiligt.
Wie werden diese physikalischen Begriffe richtig gebraucht? Lisa weiß es:
Sie sagt zur Mutter: "Ich habe schon so viel Kraft, um den schweren Einkaufskorb zu heben." "Ja" sagt die Mutter, "willst Du ihn hochtragen?" Lisa: "Diese Arbeit will ich gerne tun." Entschlossen läuft sie die Treppe hoch, aber ihre Schritte werden langsamer und langsamer. Für jede Stufe braucht sie mehr Zeit. "Die Leistung lässt nach." stellt Lisa fest. Und zu ihrem Bruder Peter an der Wohnungstür: "Bloß gut, dass wir im ersten und nicht im 10. Stock wohnen. Sonst müsste ich ja 10 mal so viel Arbeit in den Einkaufskorb stecken. So viel Energie hab ich nicht."
Was macht Peter falsch? Wie müsste er richtig sagen?
Peter prahlt: "Du Kleine hast ja kaum genug Kraft, um den Korb ein Stockwerk hochzutragen, gar nicht zu reden von 10 Stockwerken. Meine Leistung ist dagegen riesig, ich kann mein Fahrrad mit ausgestreckem Arm halten. Nicht lange mehr, und ich werde so viel Energie haben, dass Du mir auf das ausgestreckte Fahrrad auch noch einen Kartoffelsack und den Einkaufskorb draufpacken kannst, ohne dass ich einknicke. Ich gehe ab morgen ins Fittness-Studio zum Kraft-Training, damit ich zwei Körbe in 10 Sekunden dieses eine bisschen Stockwerk hochtragen kann. Erste Sahne, was?"
Energie in Physik und Esoterik
Der hier formulierte physikalische Energiebegriff ist eine klar definierte physikalische Größe, die es erlaubt, zuverlässige Aussagen über das Verhalten physikalischer Systeme zu machen. Daneben wird umgangssprachlich und auch in der Psychologie, Esoterik usw. das Wort Energie in deutlich anderem Sinne verwendet. Dort hat Energie auch die Bedeutung von Vitalität, Fähigkeit, etwas zu bewirken, Menge gemeinsamer Gedanken und ähnliches. Missverständnisse sind vorprogrammiert, wenn man die Unterschiede nicht beachtet oder wenn diese Energie-Begriffe vermischt werden. Ein Vergleich von Physik und Esoterik fördert das Verständnis, wie Physik mit seiner Energie sich auf einen fest umrissenen Bereich der sinnlich wahrnehmbaren Wirklichkeit beschränkt und diesen klar durchdringt, und wie die Esoterik im immer währenden Versuch, das ganze Sein in Einem zu erleben, und als Hinweis auf diese Erfahrung, einen viel fließenderen Gebrauch von dem Wort Energie macht.
Es ist also unmöglich, den statischen, festgeschriebenen Gebrauch von Energie in der Physik und die alle Grenzen überschreitende, sich laufend wandelnde und vielleicht doch ewig gleichbleibende Verwendung in der Esoterik in eine statische Tabelle nebeneinander zu stellen.
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