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1.6:

Was ist Energie?

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Chemistry
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What is Energy?

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Energie ist definiert als die Fähigkeit, Arbeit zu verrichten. Arbeit ist definiert als die Distanz, die ein Objekt als Reaktion auf eine angewandte Kraft zurücklegt. Wenn zum Beispiel ein Buch vom Boden aufgehoben und auf einen Tisch gelegt wird, wird gegen die Schwerkraft gearbeitet.Energie wird in zwei Haupttypen eingeteilt, nämlich in potentielle und kinetische Energie. Potentielle Energie ist die mit der Position, der Zusammensetzung oder dem Zustand eines Objekts verbundene Energie. Sie wird auch als Ruheenergie oder gespeicherte Energie bezeichnet.Zum Beispiel das Buch, das über dem Boden, auf dem Tisch liegt, besitzt aufgrund seiner Höhe Lageenergie. Diese Lageenergie bleibt im Buch gespeichert solange es in dieser Position gehalten wird. Die verschiedenen Formen der Lageenergie sind die potentielle Gravitationsenergie, elektrische Energie.chemische Energie, Kernenergie und die elastische Energie. Die Gravitationsenergie ist die offensichtlichste Form der Lageenergie, und es hängt von der relativen Lage des Objekts unter dem Einfluss des Gravitationsfeldes ab. Zum Beispiel das Buch, das auf dem Tisch liegt hat Gravitationsenergie in sich gespeichert.Elektrische Energie entsteht durch Anziehung oder Abstoßung von elektrischen Ladungen, wie z. B.die in einem Kondensator in einem Stromkreis gespeicherte Energie in Form von elektrischer Lageenergie. Chemische Lageenergie ist in Molekülen gespeichert.Zum Beispiel speichert trockenes Holz chemische Energie, die freigesetzt und in andere Energieformen umgewandelt wird, wenn das Holz brennt. Kernenergie stammt aus dem Atomkern. und elastische Energie ist die Energie, die in einem Objekt aufgrund seiner Konfiguration gespeichert ist, z.B.in einer gespannten Schleuder. Kinetische Energie ist die Energie, die mit der Bewegung eines Objekts verbunden ist. Wenn zum Beispiel das Buch vom Tisch fällt, wird seine Lageenergie aufgrund seiner Bewegung in kinetische Energie umgewandelt.Auch die kinetische Energie selbst existiert in verschiedenen Formen nämlich als mechanische, elektrische, thermische und Strahlungsenergie. Während mechanische Energie aufgrund der mechanischen Bewegung eines Objekts wie eines fahrenden Autos existiert, wird elektrische Energie durch den Fluss von elektrischen Ladungen gebildet, wie man sie bei Blitzeinschlägen sieht. Wenn die kinetische Energie in Form von elektromagnetischen Wellen vorliegt, wie die Energie vom Sonnenlicht, wird sie zu Strahlungsenergie.Thermische Energie ist die kinetische Energie, die mit der Bewegung von Atomen und Molekülen in einem Objekt verbunden ist. Wenn sich die Atome und Moleküle in einem Objekt schnell bewegen oder schwingen und häufiger miteinander kollidieren, erhöht sich die Temperatur des Objekts. Die Wärme einer brennenden Flamme ist ein Beispiel für thermische Energie.Das Gegenteil geschieht, wenn sich die Schwingungen oder Bewegungen dieser Atome und Moleküle verlangsamen. Man sagt dann, dass das Objekt kalt ist und eine geringe Wärmeenergie hat wie wenn Wasser gefriert. All diese verschiedenen Formen erleichtern den Energiefluss von einer Art zur anderen und von einem Objekt zum anderen, um die Arbeit zu erledigen.Das Energieerhaltungsgesetz besagt, dass Energie weder geschaffen noch vernichtet wird sie wandelt sich nur von einem Typ in einen anderen um. Die Gesamtenergie des Systems bleibt also erhalten. Beim Bogenschießen zum Beispiel enthält ein Pfeil, der in einem Bogen gespannt ist, elastische Lageenergie.Wenn der Bogen losgelassen wird, wird diese Lageenergie in kinetische Energie des Pfeils umgewandelt und der Pfeil wird angetrieben, um das Ziel zu treffen. Auch hier bleibt die Gesamtenergie erhalten.

1.6:

Was ist Energie?

The universe is composed of matter in different forms, and all forms of matter contain energy.  The different forms of energy on Earth originate from the Sun — the ultimate energy source. Plants capture light energy from the Sun, and, via the process of photosynthesis, convert it into chemical energy. This stored energy from plants can be harnessed in many ways. For example, eating plant products as food provides energy for our body to function, and burning wood or coal (fossilized plants) generates heat and electricity. Therefore, since all changes of matter involve changes in energy, it is vital to understand how energy flows from one form to the other. 

Energy is defined as the ability to do work. Work is done when a force applied to an object causes the object to move against an opposing force. For example, work is done when a table is pushed across a room against the resistance from the floor. 

Energy can be grouped into two main types-potential energy and kinetic energy. Potential energy is the energy associated with the relative position, composition, or condition of an object. Kinetic energy is the energy associated with the motion of the object. For instance, water held behind a dam possesses potential energy due to its position above the ground. When it flows downward through generators, it gains kinetic energy, which can be put to work to generate electricity in a hydroelectric power plant.

Potential Energy

Potential energy is also known as energy at rest or stored energy. Common types of potential energy include the gravitational potential energy stored in an apple hanging from a tree,  the electrical potential energy stored in an object due to the attraction or repulsion of electric charges, or the chemical potential energy stored in the bonds between atoms and molecules. Additionally, the nuclear energy stored in an atomic nucleus and the elastic energy stored in a stretched spring due to its configuration are types of potential energy.

Usually, objects or systems with high potential energy tend to be less stable, and thus move towards lower energy levels to attain stability. For instance, the radioactive element Uranium-235 (U235) has an unstable nucleus. To gain stability, it splits into smaller but stable elements and releases the stored nuclear energy. This released energy can then be used to generate electricity in nuclear power plants. 

Kinetic Energy

The amount of kinetic energy of an object depends on its mass and speed. Consider two balls of different masses rolling down an inclined plane at the same speed. The heavier ball will have more kinetic energy. Similarly, when two balls of the same mass roll down an inclined plane at different speeds, the ball that moves faster has more kinetic energy. 

Different forms of kinetic energy also exist, including mechanical, electrical, radiant, sound, and thermal energy. Mechanical energy is associated with the motion of an object. The faster an object moves, the more mechanical energy it has.  For example, a bullet fired from a gun or water flowing down a dam are examples of mechanical energy. Electrical energy is attributed to the flow of electric charges, as observed in the case of lightning strikes during thunderstorms or the everyday electrical circuits and devices. Radiant energy is the form of kinetic energy that travels as electromagnetic waves and can be experienced in the form of light and heat. Sunlight is an example of radiant energy.

Thermal energy is associated with the random motion of atoms and molecules. When the atoms and molecules in an object move or vibrate quickly, they have a higher average kinetic energy (KE), and the object is said to be “hot.” When the atoms and molecules are moving slowly, they have lower average KE, and the object is designated as “cold.” Thus, thermal energy can be observed through the temperature changes of an object. Assuming that no chemical reaction or phase change (such as melting or vaporizing) occurs, increasing the amount of thermal energy in a sample of matter will cause its temperature to increase. Similarly, assuming that no chemical reaction or phase change (such as condensation or freezing) occurs, decreasing the amount of thermal energy in a sample of matter will cause its temperature to decrease.

The Law of Conservation of Energy

Energy can be converted from one form to another, but the total energy present before a change always exists in some form even after a change. This observation is expressed as the Law of Conservation of Energy. The Law of Conservation of Energy states that energy is neither created nor destroyed, although it can be changed in form. Thus, the total energy of a system remains constant. For example, chemical energy (a type of potential energy) is stored in the molecules that compose gasoline. When gasoline is combusted within the cylinders of a car’s engine, the rapidly expanding gaseous products of this chemical reaction generate mechanical energy (a type of kinetic energy) when they move the cylinder’s pistons.

This text is adapted from Openstax, Chemistry 2e, Section 5.1: Energy Basics.