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Letzte Aktualisierung: 29.07.2024
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Wir sparen für Sie bis zu 37% - durch unseren Experten-Vergleich!Energie ist eine physikalische Größe, die in allen Teilgebieten der Physik eine Hauptrolle spielt. Sie ist die Größe, die wegen der sogenannten Zeitinvarianz der Naturgesetze erhalten bleibt. Auch in Chemie, Biologie, Astronomie, Technik und Wirtschaft ist Energie deshalb bedeutsam. Die Einheit der Energie ist Joule mit dem Kurzzeichen J. Energie kann in unterschiedlichen Formen in einem physikalischen System stecken. Berechnet wird die Energie entsprechend auf verschiedenen Rechenwegen – je nachdem, um welche spezifische Energieform es geht.
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Doch der Begriff Energie ist sehr allgemein. Er bezeichnet die Größe, die aufgrund der sogenannten Zeitinvarianz von Naturgesetzen stets erhalten bleibt. Mit Zeitinvarianz wird die Eigenschaft eines physikalischen Systems bezeichnet, dass es bei gleicher Eingabe zu jeder Zeit auch das gleiche Verhalten zeigt.
Für Objekte, die Energie besitzen, sind die Bezeichnungen Energieträger und Energiequellen gängig. Energie ist damit eine sogenannte Zustandsgröße, man könnte auch sagen: Sie meint eine Fähigkeit eines Objektes, die ihm innewohnt und Wirkpotential hat.
Ganz wichtig in diesem Zusammenhang ist der sogenannte Energieerhaltungssatz. Ihm zufolge lässt sich die Gesamtenergie eines Systems weder mindern noch mehren.
Die physikalische Größe Energie tritt in unterschiedlichen Energieformen auf. Die wichtigsten Energieformen sind:
Die in verschiedenen Energieformen vorliegende Energie ist zum Teil ineinander umwandelbar. Wichtig: Die Summe der Energiemengen bleibt dabei erhalten. Außerdem ist Energie übertragbar.
Bevor gleich wichtige Formeln zum Berechnen von Energie folgen, schicken wir noch einige Grundlagen voraus.
Energie benötigt man, um etwas zu bewirken bzw. zu leisten. Die Leistung ist aus physikalischer Sicht eine Arbeit (Formelzeichen: W).
Expertenwissen: Die Energie eines abgeschlossenen Systems bleibt erhalten, solange dem System weder von außen Energie zugeführt noch von ihm nach außen abgegeben wird. Wird dem System jedoch von außen mechanische Energie zugeführt oder gibt das System mechanische Energie ab, so wird aus physikalischer Sicht Arbeit verrichtet.
Bei der Arbeit in diesem Sinn wird Energie umgesetzt. Denn Energie ist die Fähigkeit eines Körpers Arbeit / Leistung zu verrichten. Bezieht sich die Leistung auf einen Zeitraum beziehungsweise wird die Energie innerhalb dessen umgesetzt, ergeben sich entsprechende Einheiten.
Laut dem SI-Einheitensystem gelten für die Energie die beiden Maßeinheiten
Es gilt für die Energie demnach die gleiche Einheit wie für die Arbeit:
Gängig ist darüber hinaus eine ganze Reihe weiterer Einheiten.
Einheit | Bezeichnung | Umrechnung in kJ bzw. kWh |
J | Joule | 1 000 J = 1 000 Ws = 1 kJ |
cal | Kalorie | 1 000 cal = 1 kcal = 4,186 kJ |
Wh | Wattstunde | 1 Wh = 3,6 kJ |
(kg) SKE | (Kilogramm) Steinkohleeinheit | 1 kg SKE = 29 308 kJ |
(kg) RÖE | (Kilogramm) Rohöleinheit | 1 kg RÖE = 41 868 kJ |
oe oder OE | Oil Equivalent | 1 (kg) oe = 41 868 kJ |
m³ Erdgas | Kubikmeter Erdgas | 1 m3 Erdgas = 31 736 kJ |
BTU | British Thermal Unit | 1 BTU = 0,000293071 kWh = 1,05506 kJ |
kpm | Kilopondmeter | 1 kpm = 2,72·10-6 kWh = 0,00980665 kJ |
erg | Erg | 1 erg = 2,78·10-14 kWh = 1·10-10 kJ |
eV | Elektronenvolt | 1 eV = 1,60217733·10-19 J = 1,60217733·10-22 kJ |
Alle gängigen Energie-Einheiten lassen sich mit Hilfe von Umrechnungsfaktoren auch ineinander umrechnen. Die folgenden Tabellen zeigen die geläufigsten Energieeinheiten:
kJ | kcal | kWh | kg SKE | kg RÖE | m3 Erdgas | |
1 kJ | 1 | 0,2388 | 0,000278 | 0,000034 | 0,000024 | 0,000032 |
1 kcal | 4,1868 | 1 | 0,001163 | 0,000143 | 0,0001 | 0,00013 |
1 kWh | 3 600 | 860 | 1 | 0,123 | 0,086 | 0,113 |
1 kg SKE | 29 308 | 7 000 | 8,14 | 1 | 0,7 | 0,923 |
1 kg RÖE | 41 868 | 10 000 | 11,63 | 1,428 | 1 | 1,319 |
1 m3 Erdgas | 31 736 | 7 580 | 8,816 | 1,083 | 0,758 | 1 |
Die kinetische Energie als eine Form der mechanischen Energie eines Körpers Ekin, der sich bewegt, berechnet man mit der Formel:
Dabei stehen m für die Masse des Körpers und v für die Geschwindigkeit.
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Das Produkt dieser drei Faktoren ergibt die potentielle Energie Epot, die bei Körpern im Ruhezustand der kinetischen Energie Ekin entspricht.
Das Produkt aus Masse m mal die Konstante der Erdbeschleunigung g ist gleich die Gewichtskraft FG.
Damit ein Körper auf eine bestimmte Winkelgeschwindigkeit gebracht werden kann, muss Rotationsarbeit Wrot aufgewendet werden. Sie ist dann als Rotationsenergie Erot in dem Körper gespeichert.
Die Rotationsenergie Erotentspricht dem Produkt aus Trägheitsmoment J eines Körpers und seiner Winkelgeschwindigkeit w. Die zugehörige Formel ist:
Bei einem rollenden Körper ergibt sich die kinetische Gesamtenergie als Summe aus seiner Bewegungsenergie und seiner Rotationsenergie:
Zum Berechnen der elektrischen Energie, die in einem Stromkreis oder Bauteil umgewandelt wird, muss man wissen, wovon die elektrische Energie abhängt. Es gilt: Je größer
desto größer ist auch die elektrische Energie Eel. Das Ganze als Formel geschrieben sieht so aus:
Das t steht hier für die Zeitspanne, in der der Strom fließt.
Das Internet hält heutzutage unzählige teil- und vollautomatisierte Online-Rechner zum Berechnen von Energie und Energieformen bereit. Zudem sind Umrechnungs-Automaten online, die einem – vorausgesetzt, der Rechner stammt aus seriöser Quelle und ist fachmännisch aufgesetzt – das Hantieren mit Formeln und Einheiten leichter machen oder ganz ersparen. Nach Eingabe der nötigen Angaben spucken die Onlinerechner Energiemengen aus und wandeln Energieeinheiten um.
Wir haben uns folgende Energie-Rechner näher angeguckt und möchten hier einzelne empfehlen:
Kennen Sie weitere Tools zum Berechnen von Energie? Schreiben Sie uns einfach eine Email!
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