Energieentwertung — warum Energie „verbraucht" scheint
Ein Auto bremst bis zum Stillstand. Was ist mit seiner Bewegungsenergie passiert?
Erklärung: Energie verschwindet nie. Beim Bremsen mit Reibungsbremsen wird die Bewegungsenergie in thermische Energie umgewandelt — Bremsscheiben können dabei mehrere hundert Grad heiß werden. (Nur E-Autos können beim Rekuperieren einen Teil in die Batterie zurückspeisen.)
Ein Flummi hüpft nach jedem Aufprall etwas weniger hoch. Eine sehr empfindliche Wärmebildkamera filmt Ball und Boden an der Aufprallstelle. Was zeigt sie?
Erklärung: Der Flummi verformt sich beim Aufprall, und bei jedem Aufprall wandelt sich etwas Energie in thermische Energie um, die Ball und Boden geringfügig erwärmt. Diese Energie ist nicht weg — aber sie steht dem Hüpfen nicht mehr zur Verfügung.
Der Akku eines Handys ist nach einem Tag leer. Die Energie, die er geliefert hat, ist damit vernichtet und existiert nirgendwo mehr.
Erklärung: Energie wird nie vernichtet, sondern entwertet: Die Akku-Energie steckt jetzt als thermische Energie in Handy und Umgebungsluft und ist kaum noch nutzbar. Die Alltagsrede vom „Verbrauch" meint diesen Verlust an Nutzbarkeit.
Welche Energie ist am wenigsten nutzbar?
Erklärung: Gespeicherte, „geordnete" Energie (Höhe, Bewegung, Spannung) lässt sich leicht weiter umwandeln. Einmal fein an die Umgebung verteilte thermische Energie lässt sich praktisch nicht mehr einsammeln — sie ist entwertet.
Ein kalter Kakao könnte sich von selbst wieder erwärmen, indem er die Wärme aus der Küchenluft zurückholt — man muss nur lange genug warten.
Erklärung: Entwertung läuft von selbst nur in eine Richtung: Die Energie verteilt sich vom heißen Kakao in den Raum, nie umgekehrt von selbst zurück. Deshalb laufen reale Vorgänge nicht rückwärts.
Eine GlĂĽhlampe wandelt nur etwa 5 % der elektrischen Energie in Licht um. Was geschieht mit den ĂĽbrigen 95 %?
Erklärung: Die „fehlenden" 95 % heizen Lampe und Raum — deshalb wird eine Glühlampe so heiß. Die Energiebilanz stimmt immer; nutzbar ist nur der kleine Lichtanteil.
Bei jedem realen Vorgang wandelt sich ein Teil der Energie in ___ Energie um, die sich in der Umgebung verteilt.
Erklärung: Reibung, Luftwiderstand und elektrischer Widerstand wandeln immer einen Teil der Energie in thermische Energie um — das ist der Kern der Energieentwertung.
Zwei gleiche Pendel werden gleich weit ausgelenkt — eines an der Luft, eines in einer luftleeren Glasglocke mit besonders reibungsarmem Lager. Welches schwingt länger?
Erklärung: Die Gesamtenergie bleibt immer erhalten — aber Reibung und Luftwiderstand entwerten die Schwingungsenergie nach und nach zu thermischer Energie in Lager und Luft. Je weniger davon, desto länger schwingt das Pendel. Für die Schwingung ist die Energie verloren, für die Bilanz nicht.
Lisa schaltet das Licht aus, wenn sie ihr Zimmer verlässt. Physikalisch gesehen verhindert sie damit, dass nutzbare elektrische Energie zu kaum noch nutzbarer thermischer Energie entwertet wird.
Erklärung: Energie kann man nicht „aufbrauchen", nur entwerten. Energiesparen heißt genauer, weniger hochwertige Energie (elektrisch, chemisch) in schwer nutzbare thermische Energie umzuwandeln.
Welcher Vorgang läuft von selbst NIE rückwärts ab?
Erklärung: Verteilen ist wie Entwerten eine Einbahnstraße — die Tinte sammelt sich nie von selbst wieder zu einem Tropfen. Feder und Pendel pendeln dagegen zwischen Energieformen hin und her.
Ein Wasserkocher heizt Wasser. Wo bleibt hier trotzdem ein Teil der Energie „auf der Strecke"?
Erklärung: Auch beim fast idealen Wasserkocher entweicht Energie in Gehäuse und Raumluft — nutzbar für den Tee ist nur die Energie im Wasser. Der Rest ist entwertet, nicht verschwunden.
Vorgänge mit Energieentwertung laufen von selbst nur in ___ Richtung ab.
Erklärung: Entwertete Energie kehrt nie von selbst zurück — deshalb kühlt Heißes ab, bleibt Kaltes nicht heiß und hüpft kein Flummi von allein immer höher.
Ein aufgezogenes Spielzeugauto ist quer durchs Zimmer gefahren und steht jetzt still. Die Gesamtenergie im Zimmer ist dadurch kleiner geworden.
Erklärung: Die Gesamtenergie bleibt exakt gleich — die Spannenergie der Feder steckt jetzt als thermische Energie in Rädern, Achsen und Boden. „Verluste" bedeuten nur, dass diese Energie nicht mehr für das Fahren nutzbar ist.
Eine Skaterin rollt ohne Anschieben in einer Halfpipe hin und her. Sie startet in 2,0 m Höhe, und jedes Mal kommt sie auf der anderen Seite nur noch auf 80 % der vorigen Höhe. Wie hoch kommt sie beim dritten Mal?
Erklärung: 2,0 m → 1,6 m → 1,28 m → etwa 1,0 m. Bei jedem Durchgang geht derselbe Anteil (20 %) der noch vorhandenen Energie in Wärme und Schall über, nicht jedes Mal dieselben 0,4 m. 0,8 m entsteht, wenn man dreimal 0,4 m abzieht; 1,6 m ist erst die erste Höhe.