Energiebereitstellungskette & Energieentwertung einfach erklärt

Stell dir vor, du lädst dein Smartphone auf. Die Energie dafür kommt aus der Steckdose – aber wie ist sie dorthin gelangt? In diesem Artikel wird die Energiebereitstellungskette und Energieentwertung einfach erklärt.

Energie macht eine lange Reise, bevor wir sie nutzen können. In dieser Lektion schauen wir uns an, wie Energie aus der Natur bis zu dir nach Hause kommt. Dabei wirst du lernen, warum wir am Ende oft weniger nützliche Energie haben, als wir am Anfang aus der Natur entnommen haben!

Vorwissen

• Der Energieerhaltungssatz: Energie kann nicht erzeugt oder vernichtet werden. Sie wird nur von einer Form in eine andere umgewandelt.

  Beispiel: Wenn du einen Ball fallen lässt, wandelt sich seine Lageenergie in Bewegungsenergie um.

• Thermische Energie: Das ist die physikalische Bezeichnung für Wärmeenergie.

  Beispiel: Wenn du deine Hände aneinanderreibst, entsteht durch die Reibung thermische Energie.

Aufgabentyp 1: Energiebereitstellungskette und Energieentwertung

Um die Energiekette aufstellen zu können, müssen wir uns die verschiedenen Energieformen auf dem Weg zum Verbraucher ansehen.

Energie liegt in der Natur in vielen Formen vor, zum Beispiel als Kohle, Wind oder Sonnenlicht. Diese ursprüngliche Energie nennen wir Primärenergie.

Wir können ein Stück Kohle aber nicht direkt in unser Smartphone stecken. Die Primärenergie muss erst in Kraftwerken oder Raffinerien umgewandelt werden. Das Ergebnis ist die Endenergie. Das ist die Energie, die bei uns zu Hause oder an der Tankstelle ankommt, wie zum Beispiel der Strom aus der Steckdose oder das Benzin aus dem Zapfhahn.

Wenn wir den Strom dann nutzen, um eine Lampe zum Leuchten zu bringen, wandelt die Lampe die Endenergie in Nutzenergie um. Die Nutzenergie ist genau die Energieform, die wir für unseren Zweck haben wollen – in diesem Fall das Licht.

Der Energieerhaltungssatz besagt, dass keine Energie verloren geht. Warum sprechen wir dann oft vom Energiesparen?

Bei jeder Umwandlung von Energie – egal ob im Kraftwerk oder in deiner Lampe zu Hause – entsteht immer auch Wärme. Diese Wärme entweicht in die Umgebung und kann von uns nicht mehr sinnvoll genutzt werden. Wir nennen diese ungenutzte thermische Energie Abwärme.

Weil wir diese Abwärme nicht mehr nutzen können, um damit Maschinen anzutreiben oder Geräte zum Laufen zu bringen, sagen wir: Die Energie wird entwertet. Energieentwertung bedeutet also nicht, dass die Energie verschwindet, sondern dass sie in eine Form umgewandelt wurde, die für uns weniger nützlich ist.

Schritt-für-Schritt-Anleitung

1. Primärenergie bestimmen: Überlege, aus welcher natürlichen Quelle die Energie ursprünglich stammt (z. B. Erdöl, Wind, Sonne).
2. Endenergie bestimmen: Finde heraus, in welcher Form die Energie zum Verbraucher transportiert wird (z. B. elektrischer Strom, Benzin, Heizöl).
3. Nutzenergie bestimmen: Bestimme, welche Energieform das Gerät am Ende für seinen eigentlichen Zweck erzeugen soll (z. B. Licht, Bewegung, Wärme).
4. Energieentwertung ergänzen: Denke daran, dass bei jedem Umwandlungsschritt ein Teil der Energie als ungenutzte Wärme an die Umgebung abgegeben wird.

Durchgerechnete Beispiele

Beispiel 1

Aufgabe

Ein Auto fährt auf der Autobahn. Es wird mit Benzin angetrieben, das in einer Raffinerie aus Erdöl hergestellt wurde. Erstelle die Energiekette für dieses Auto. Benenne dabei die Primärenergie, die Endenergie, die Nutzenergie und beschreibe, wo Energieentwertung stattfindet.

Lösung Schritt für Schritt

Fortschritt

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   Schritt 1
   Primärenergie bestimmen

   Die Energie stammt ursprünglich aus der Natur in Form von Erdöl. Das Erdöl ist die Primärenergie.

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   Schritt 2
   Endenergie bestimmen

   Das Erdöl wird in der Raffinerie zu Benzin verarbeitet. Das Benzin wird an die Tankstelle geliefert und in das Auto getankt. Das Benzin ist die Endenergie.

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   Schritt 3
   Nutzenergie bestimmen

   Der Motor des Autos verbrennt das Benzin, damit das Auto fährt. Die Bewegungsenergie (kinetische Energie) des Autos ist die Nutzenergie.

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   Schritt 4 · Ergebnis
   Energieentwertung (Abwärme) ergänzen

   Sowohl bei der Herstellung des Benzins in der Raffinerie als auch bei der Verbrennung im Automotor wird der Motor sehr heiß. Diese Wärme entweicht ungenutzt in die Luft. Das ist die Abwärme, durch die die Energie entwertet wird.

Ergebnis:

Die Energiekette lautet: Erdöl (Primärenergie) wird zu Benzin (Endenergie) umgewandelt, welches im Auto in Bewegungsenergie (Nutzenergie) umgewandelt wird. Bei jedem Schritt entsteht ungenutzte Abwärme (Energieentwertung).

Wichtige Erkenntnisse

• Primärenergie ist die natürliche, unbearbeitete Energie (z. B. Kohle, Wind).
• Endenergie ist die Energie, die beim Verbraucher ankommt (z. B. Strom, Benzin).
• Nutzenergie ist die Energieform, die wir am Ende tatsächlich haben wollen (z. B. Licht, Bewegung).
• Energieentwertung bedeutet, dass bei jeder Umwandlung ein Teil der Energie zu ungenutzter Abwärme wird, die an die Umgebung verloren geht.