1 Übersicht
Inhalt des Kurses
In diesem Kurs kannst du herausfinden, wie Energie sich verwandeln kann. Außerdem erfährst du das vielleicht wichtigste Gesetz (Satz) der Physik.
Vorkenntnisse
Für diesen Kurs hilft es dir, wenn du die Kurse “Was ist Energie” und "Energieformen" schon gemacht hast.
Kursdauer
Der Kurs dauert zirka 1/2 Stunde.
2 Problemstellung
Die Energiekrise und der Klimawandel stehen seit einigen Jahren sehr im Fokus der Gesellschaft.
Woher bekommen wir eigentlich die ganze Energie auf der Erde?
Und wie können wir die Energie dann nutzen? Wenn ich in der Sonne stehe, bekomme ich ja viel Energie ab, satt werde ich aber nicht.
Und war die ganze Energie schon immer da und kann sie ausgehen?
Was glaubst du? Versuch die Frage mit Hilfe deiner bisherigen Erfahrungen zu beantworten. Notiere deine Gedanken dazu.
Wenn dir nichts dazu einfällt, mach mit den Experimenten weiter.
3 Experimente
Mach das folgende Experiment und/oder schau dir das Video dazu an.
Material:
Stativ (U-Form), Faden, Metallscheibe auf Achse
Anleitung:
Zieh den Kreisel auf, indem du ihn nach oben drehst. Die Schnur wickelt sich dabei auf den Stab auf.
Lass den Kreisel los.
Beobachte die Bewegung des Kreisels vom Anfang bis zum Ende.
Notiere deine Beobachtungen.
4 Hypothesen
Du hast nun gesehen, dass das Pendel sich auf und ab bewegt und nach einer bestimmten Zeit stehen bleibt. Zu Beginn wurde das Pendel aufgerollt. Dafür war ein wenig Energie notwendig. Wie geht es dann weiter mit der Energie, wenn sich das Pendel zu bewegen beginnt? Was glaubst du?
Öffne hier die Simulation und versuche herauszufinden, was mit der Energie weiter passiert. Klicke dazu auf Einführung und aktiviere das Kästchen bei Säulendiagramm.
Was glaubst du? Notiere dir deine Hypothesen.
5 Erklärung
Lies die Erklärung oder/und schau dir das Video dazu an. Haben deine Gedanken mit der Erklärung überein gestimmt? Ergänze die wichtigsten Infos zu deinen Gedanken.
Wie du bei dem Experiment gesehen hast, gibt es einen ständigen Wechsel zwischen Bewegung und kurzer Stillstand in höhere Position. Einmal steckt die Energie in der Bewegung und einmal in der Höhe. Die Energie wandelt also ihre Gestalt. Physiker*innen sagen dazu, dass Energie umgewandelt wird.
Geschichte von Bob, dem Skateboarder
Damit Bob von der Halfpipe hinunter fahren kann muss er zuvor hinaufklettern. Zum Glück hat er in den letzten Wochen etwas gegessen. Bob hat chemische Energie in seinen Körper gespeichert.
Als Bob dann mit dem Skateboard auf die riesige Halfpipe (7 Meter Höhe) hinauf geklettert ist, hat er einen Teil der chemischen Energie in Höhenenergie (potentielle Energie) verwandelt.
Dass Bob am höchsten Punkt viel Höhenenergie hat, könnte er ganz schnell herausfinden: Einfach herunterspringen. Spätestens beim Aufprall am Boden würde er die Energiemenge bemerken müssen.
Als Bob seinen ganzen Mut zusammen nimmt, neigt er seinen Oberkörper nach vorne und droppt in die Halfpipe hinein. Er beschleunigt positiv, da er mit der Erde wechselwirkt (Massenwechselwirkung). Kurz darauf erreicht er eine wahnsinnig hohe Geschwindigkeit am tiefsten Punkt der Halfpipe.
Am tiefsten Punkt hat er aber keine Höhenenergie mehr. Von wo sollte er auch hinunter springen?
Die Höhenenergie hat sich in die Bewegungsenergie umgewandelt. Nun geht es in der Halfpipe wieder nach oben. Seine Geschwindigkeit nimmt ab. Er beschleunigt negativ, da er mit der Erde wechselwirkt (Massenwechselwirkung). Fast am höchsten Punkt auf der anderen Seite der Halfpipe kommt Bob nur ganz kurz zum Stillstand. Im nächsten Moment beschleunigt er wieder positiv...
Was für ein Erlebnis! Nach einigen Malen hinauf und hinunter kommt Bob schließlich in der Mitte der Halfpipe ganz zum Stillstand.
Das einfachste Beispiel für eine Energieumwandlung ist ein Pendel oder eine Halfpipe. Hier wird die ganze Zeit eine Energieform in eine andere umgewandelt.
Wenn alle Energie im Universum seit dem Urknall schon immer da war, und die Energiemenge bis heute gleich geblieben ist, bedeutet das, dass Energie nicht erzeugt und vernichtet werden kann. Das besagt der wohl wichtigste Satz in der Physik, der Energieerhaltungssatz.
Energieerhaltungssatz: Energie bleibt immer erhalten. Sie kann weder erzeugt noch vernichtet werden, sondern immer nur in eine andere Form umgewandelt werden.
Quellen und weiteres Material
6 Zusammenfassung
Das Wichtigste in Kürze:
Die gesamte Energie, die wir auf der Erde nützen, kommt ursprünglich von der Sonne. Energie kommt in verschiedenen Formen vor. Diese Energieformen wie Strahlungsenergie, Höhenenergie, Bewegungsenergie, chemische Energie usw. können sich ineinander umwandeln.
Die Energiemenge ist seit dem Urknall gleich geblieben und unveränderlich. Der Energieerhaltungssatz besagt, dass Energie weder erzeugt noch vernichtet werden und nur in eine andere Form umgewandelt werden kann.
