Energiebedarf und Stoffwechsel des Menschen einfach erklärt

Stell dir vor, dein Smartphone hat nur noch 1 % Akku. Damit es nicht ausgeht, musst du es schnell an die Steckdose anschließen. Dein Körper funktioniert beim Thema Energiebedarf und Stoffwechsel des Menschen ganz ähnlich!

Anstelle von Strom aus der Steckdose benötigt dein Körper jedoch Nahrung. In diesem Artikel lernst du, wie wir Energie aus unserem Essen aufnehmen, in welcher Einheit Physiker diese Energie messen und wofür dein Körper diese Energie jeden Tag aufteilt – selbst dann, wenn du nur faul auf dem Sofa liegst!

Vorwissen

• Chemische Energie: Energie, die in Stoffen gespeichert ist. Beispiel: Holz enthält chemische Energie, die beim Verbrennen als Wärme frei wird.
• Energieerhaltung: Energie kann nicht erzeugt oder vernichtet werden, sondern nur von einer Form in eine andere umgewandelt werden. Beispiel: Ein fallender Ball wandelt seine Lageenergie in Bewegungsenergie um.

Aufgabentyp 1: Gesamt-Energieumsatz berechnen

Wir Menschen nehmen Energie über unser Essen auf. Diese Energie ist in der Nahrung als chemische Energie gespeichert. Dein Körper nutzt diese Energie, um alle lebenswichtigen Vorgänge (den sogenannten Stoffwechsel) am Laufen zu halten.

Um genau messen zu können, wie viel Energie in einem Apfel oder einem Teller Nudeln steckt, verwenden Physiker eine bestimmte Maßeinheit: das Joule (abgekürzt mit dem Buchstaben J).

Weil ein einziges Joule eine sehr kleine Menge an Energie ist, verwendet man im Alltag meistens das Kilojoule (kJ). Die Vorsilbe „Kilo“ bedeutet einfach „Tausend“ (genau wie bei Kilogramm oder Kilometer).

$1 \text{ kJ} = 1000 \text{ J}$

Realitätsbezug: Vielleicht hast du auf Lebensmittelverpackungen schon einmal das Wort „Kalorie“ (oder Kilokalorie) gelesen. Das ist eine veraltete Einheit für Energie, die früher benutzt wurde. Es gilt ungefähr: $1 \text{ Kalorie} = 4{,}2 \text{ Joule}$. In der Physik rechnen wir aber immer mit Joule!

Was macht dein Körper nun mit der Energie aus der Nahrung? Er teilt sie in zwei große Bereiche auf:

• Grundumsatz: Das ist die Energie, die dein Körper bei völliger Ruhe verbraucht. Auch wenn du den ganzen Tag nur im Bett liegst, arbeitet dein Körper hart: Dein Herz schlägt, du atmest und deine Körpertemperatur bleibt warm. Der Grundumsatz hängt von deinem Alter, deinem Geschlecht und deinem Körperbau ab.
• Leistungsumsatz: Das ist die zusätzliche Energie, die du für jede körperliche Aktivität benötigst. Egal ob du zur Schule gehst, stehst, rennst oder schwimmst – all das kostet extra Energie. Dein Leistungsumsatz hängt also stark davon ab, wie viel du dich bewegst.

Wenn man diese beiden Werte zusammenzählt, erhält man die gesamte Energiemenge, die dein Körper an einem Tag benötigt. Das nennt man den Gesamt-Energieumsatz.

$\text{Gesamt-Energieumsatz} = \textcolor{#08BFFF}{\text{Grundumsatz}} + \textcolor{#9570FF}{\text{Leistungsumsatz}}$

Schritt-für-Schritt-Anleitung

1. Grundumsatz und Leistungsumsatz identifizieren: Lies die Aufgabe genau und notiere, welcher Wert die Energie für die Ruhephase (Grundumsatz) und welcher Wert die Energie für die Bewegung (Leistungsumsatz) ist.
2. Einheiten überprüfen: Stelle sicher, dass beide Werte in der gleichen Einheit stehen (meistens in $\text{kJ}$). Falls einer in $\text{J}$ und der andere in $\text{kJ}$ steht, musst du umrechnen ($1 \text{ kJ} = 1000 \text{ J}$).
3. Werte addieren: Setze die Zahlen in die Formel ein und rechne sie zusammen.

Durchgerechnete Beispiele

Wichtige Erkenntnisse

• Menschen nehmen chemische Energie über die Nahrung auf, um zu überleben.
• Die physikalische Einheit für Energie ist das Joule (J) oder Kilojoule (kJ). Es gilt: $1 \text{ kJ} = 1000 \text{ J}$.
• Der Grundumsatz ist die Energie, die der Körper in völliger Ruhe zum Überleben braucht.
• Der Leistungsumsatz ist die zusätzliche Energie für körperliche Aktivitäten.
• Der Gesamt-Energieumsatz ist die Summe aus Grundumsatz und Leistungsumsatz.