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LEXIKON

Energie

Energieeinheiten: Umrechnungstabelle
Umrechnungstabelle für Energieeinheiten
J = NmkWhkpmkcaleVerg
1 J = 1 Nm12,78·10-70,1022,39·10-46,24·1018107
1 kWh3,60·10613,67·105859,852,25·10253,60·1013
1 kpm9,812,72·10-612,34·10-36,12·10199,81·107
1 kcal4186,81,16·10-3426,9412,61·10224,19·1010
1 eV1,60·10-194,45·10-261,63·10-203,83·10-2311,60·10-12
1 erg10-72,78·10-141,02·10-82,39·10-116,24·10111
nach einer älteren Definition die Fähigkeit, Arbeit zu verrichten. Heute definiert man Energie als Messgröße, die auf verschiedene Weise in Erscheinung treten kann, deren Zahlenwert aber immer gleich bleibt. Es gibt also unterschiedliche Energieformen, die nicht erzeugt oder vernichtet, aber ineinander umgewandelt werden können. So wird u. a. zwischen potenzieller oder Lageenergie, kinetischer oder Bewegungsenergie, mechanischer, elektrischer, magnetischer, chemischer, Strahlungs-, Kern- oder Ruhe-Energie unterschieden. Die Einheit der Energie ist das Joule (J): 1 J = 1 N·m (Newtonmeter) = 1 W·s (Wattsekunde). Die Teilchen- und Kernphysik benutzt zudem die Einheit Elektronenvolt (eV): 1 eV = 1,602 18·1019 J. Der Energiebegriff wurde Anfang des 20. Jahrhunderts erweitert. Die Erkenntnis, dass Atome nicht stetig Energie in Form von Lichtstrahlung aufnehmen oder abgeben, sondern nur ganz bestimmte („diskrete“) Energiebeträge, führte zum Begriff des Energiequantums. Das Äquivalenzprinzip der Relativitätstheorie besagt schließlich, dass Masse und Energie gemäß der Formel E = m·c2 äquivalent sind: Der gesamte Energiebetrag, der von einem Körper freigesetzt wird, ist demnach das Produkt aus seiner Masse m und dem Quadrat der Lichtgeschwindigkeit im leeren Raum. Auf dieser Formel basiert z. B. die Gewinnung von Kernenergie.

Energieerzeugung

Die Umwandlung einer Energieform in eine andere beruht auf dem physikalischen Satz von der Erhaltung der Energie. Er besagt, dass Energie nicht verloren gehen kann, sondern nur in eine andere Energieform umgewandelt wird. Darauf beruhen z. B. Generatoren zur Erzeugung elektrischer Energie. Bei jeder Umwandlung tritt Energieverlust ein, da ein Teil der Energie als Wärme verloren geht.
Jede Freisetzung von Energie bedeutet auch eine Energieumwandlung. Die heute in Haushalten und Industrie benötigte elektrische Energie entsteht überwiegend durch Verbrennung fossiler Brennstoffe, z. B. Erdöl und Erdgas, oder durch Kernbrennstoffe wie Uran, was teilweise mit erheblichen Umweltproblemen verbunden war und ist. Bei den erneuerbaren Energien wird die in Wind, Wasser und Sonnenstrahlung vorhandene Energie in elektrische umgewandelt. Letztlich stammt jede erneuerbare Energie von der Sonne, weswegen man hier tatsächl. von einer „unerschöpflichen Energiequelle“ sprechen kann. Diese Energieform wird jedoch u. a. wegen hoher Kosten und Wetterabhängigkeit bisher nur in geringem Maß genutzt.
Trotz des technischen Fortschritts, der zu immer effizienterer Nutzung von Energie führt, gibt es immer noch einen enormen Entwicklungsbedarf, da derzeit ein Vielfaches der Energiemenge verbraucht wird, die erneuerbare Energiequellen zur Verfügung stellen können. Somit ist das Thema „Energiesparen“ zu einem festen Bestandteil der öffentlichen Diskussion geworden.

Energiebedarf der Organismen

Alle Organismen nehmen aus ihrer Umwelt Stoffe auf, verarbeiten sie und geben andere Stoffe ab. Die aufgenommenen Stoffe sind Energielieferanten, da die in ihnen enthaltene chemische Energie für verschiedene Arbeitsleistungen verwendet wird (Betriebsstoffwechsel). Eine Tafel Schokolade z. B. hat rund 2100 kJ. Dieselben Substanzen dienen zum Aufbau oder zur Erneuerung von Strukturen des Organismus (Baustoffwechsel). Beide Vorgänge sind miteinander verzahnt und voneinander abhängig. Die Fülle aller Stoffumsetzungen im Organismus ist der Stoffwechsel (Metabolismus).
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