erneuerbare Energie, Solarenergie und Photovoltaik

Erneuerbare Energie mit Photovoltaik

Zur Entwicklung und Anwendung des physikalischen Energiebegriffs

Die Energie ist eine physikalische Größe. Ihre SI-Einheit ist das Joule.

Die Gesamtenergie eines abgeschlossenen Systems ist eine Erhaltungsgröße. Der Energieerhaltungssatz ist eine der zentralen Grundlagen der Physik und sorgt dafür, dass die Energie für alle Gebiete der Physik eine maßgebliche Größe ist.

Je nach den Beziehungen zu anderen Größen in einem gegebenen System werden verschiedene Energieformen unterschieden, zum Beispiel die kinetische Energie Ekin, die mit der Masse m und der Geschwindigkeit v im Zusammenhang steht. Im Kontext der Thermodynamik sind einige Energieformen, wie die innere Energie, thermodynamische Zustandsgrößen. Sie beschreiben nur den momentanen Zustand eines thermodynamischen Systems. In Unterscheidung dazu sind andere Energieformen, wie die Arbeit, Prozessgrößen, welche die Änderungen der Zustände beschreiben.

Eine verbreitete aber veraltete Definition der Energie charakterisiert sie als Fähigkeit eines Systems, Arbeit zu verrichten. Die Fähigkeit eines Systems, Arbeit zu leisten, ist aber maßgeblich davon abhängig, welche Zustandsänderungen es ermöglicht, da die Arbeit als Prozessgröße von der Art der Zustandsänderung abhängt.

Der Begriff Energie 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: ἐν = in, innen und ἔργον = Werk, Wirken. Der neue Begriff Energie war notwendig, um eine Abgrenzung zum Begriff Kraft zu ermöglichen.

Früher wurde versucht, Energie mit dem Kraftbegriff zu definieren und gelangte zu Begriffen wie „lebendige Kraft“ und „Erhaltung der Kraft“. Dies ist einerseits physikalisch falsch, andererseits kann dies nur für mechanische Energie angewandt werden – bei anderen Energieformen (Strahlungsenergie, thermisch, chemisch, etc.) ist die Definition der Energie über den Kraftbegriff sinnlos.

Energie ist eine Erhaltungsgröße: Die Gesamtenergie in einem abgeschlossenen System bleibt konstant. Erst bei einem Energie-Fluss über die Systemgrenzen hinweg (Energie-Zufuhr oder -Abfuhr) ändert sich die Gesamtenergie des Systems. Oft ist es nicht ganz einfach, die Systemgrenzen exakt festzulegen. (Hauptartikel: Energieerhaltungssatz).

Bei vielen physikalisch-technischen oder auch wirtschaftlichen Betrachtungen spielen Energiebilanzen eine wichtige Rolle.

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