Energie

Im Allgemeinen das Wort Energie bezieht sich auf ein Konzept, das umschrieben werden kann als 'das Potenzial, Veränderungen zu bewirken', und daher kann man sagen, dass Energie die Ursache jeder Veränderung ist. Das Wort wird in verschiedenen Kontexten verwendet. Die Verwendung des Wortes in der Mainstream-Wissenschaft hat eine präzise, ​​gut definierte Bedeutung, was bei vielen anderen Verwendungen meistens nicht der Fall ist.

Die gebräuchlichste Definition von Energie ist Arbeit, die eine bestimmte Kraft (Schwerkraft, elektromagnetische usw.) leisten kann. Aufgrund einer Vielzahl von Kräften hat Energie viele verschiedene Formen (Schwerkraft, Elektrizität, Wärme usw.), die in zwei Hauptkategorien eingeteilt werden können: kinetische Energie und potentielle Energie. Energie hat nach dieser Definition die gleichen Einheiten wie Arbeit; a Macht über eine Distanz angewendet. Die SI-Einheit der Energie, das Joule, entspricht beispielsweise einem Newton, das durch einen Meter aufgebracht wird. Energie hat keine Richtung im Raum und wird daher als skalare Größe betrachtet.

Energie ist eine Erhaltungsgröße, das heißt, sie kann nicht erzeugt oder vernichtet, sondern nur von einer Form in eine andere umgewandelt werden. Somit bleibt die Gesamtenergie des Universums immer konstant.

Blitze sind eine gut sichtbare Form der Energieübertragung.

Etymologie

Die Etymologie des Begriffs stammt aus dem Griechischen Energie , in- bedeutet 'in' und Projekt bedeutet 'Arbeit'; das -Yah Suffix bildet ein abstraktes Substantiv. Die Verbindung Energie bedeutete im epischen Griechisch „göttliche Handlung“ oder „magische Operation“; es wurde später von verwendet Aristoteles in einer Bedeutung von 'Aktivität, Betrieb' oder 'Kraft' und von Diodorus Siculus für 'Kraft eines Motors'.

Historische Perspektive

Das Konzept der Energie wurde in der fernen Vergangenheit verwendet, um leicht beobachtbare Phänomene zu erklären, wie z. B. die beobachteten Auswirkungen auf die Eigenschaften von Gegenständen oder sonstigen Veränderungen. Es wurde allgemein angenommen, dass alle Veränderungen tatsächlich durch irgendeine Art von Energie erklärt werden könnten. Bald wurzelte die Idee, dass Energie in Objekten gespeichert werden könnte, im wissenschaftlichen Denken, und das Konzept der Energie umfasste die Idee des Veränderungspotenzials sowie der Veränderung selbst. Solche Effekte (sowohl potenzielle als auch realisierte) treten in vielen verschiedenen Formen auf. Während sie sich im Spiritismus in Veränderungen in einer Person widerspiegeln, spiegeln sie sich in den Naturwissenschaften in verschiedenen Energieformen wider selbst B. die in einer Batterie gespeicherte elektrische Energie, die in einem Lebensmittel gespeicherte chemische Energie (zusammen mit dem Sauerstoff, der zum Verbrennen benötigt wird), die thermische Energie eines Warmwasserbereiters oder die kinetische Energie eines fahrenden Zuges. 1807 verwendete Thomas Young als erster den Begriff 'Energie' anstelle von vis viva, um sich auf das Produkt aus der Masse eines Objekts und seiner Geschwindigkeit im Quadrat zu beziehen. Gustave-Gaspard Coriolis beschrieb 1829 „kinetische Energie“ im modernen Sinne, und 1853 prägte William Rankine den Begriff „potentielle Energie“.

Bei der Entwicklung von Dampfmaschinen mussten Ingenieure Konzepte und Formeln entwickeln, die es ihnen ermöglichen würden, die mechanischen und thermischen Wirkungsgrade ihrer Systeme zu beschreiben. Ingenieure wie Sadi Carnot und James Prescott Joule, Mathematiker wie Émile Clapeyron und Hermann von Helmholtz und Amateure wie Julius Robert von Mayer trugen alle zu der Vorstellung bei, dass die Fähigkeit, bestimmte Aufgaben, Arbeit genannt, zu erfüllen, irgendwie mit der Menge zusammenhängt Energie im System. Die Natur der Energie war jedoch schwer fassbar, und es wurde einige Jahre lang darüber gestritten, ob Energie eine Substanz (die Kalorien) oder lediglich eine physikalische Größe wie z Schwung .

William Thomson (Lord Kelvin) fasste alle diese Gesetze in den Gesetzen von zusammen Thermodynamik , die zur schnellen Entwicklung von Erklärungen chemischer Prozesse unter Verwendung des Energiekonzepts von Rudolf Clausius, Josiah Willard Gibbs und Walther Nernst beitrug. Es führte auch zu einer mathematischen Formulierung des Entropiebegriffs durch Ludwig Boltzmann und zur Einführung von Strahlungsenergiegesetzen durch Jožef Stefan,

Während einer Vorlesung im Jahr 1961 für Studenten am California Institute of Technology, Richard Feynmann , ein gefeierter Physiklehrer und Nobelpreisträger, sagte Folgendes über das Konzept der Energie:

Es gibt eine Tatsache, oder, wenn Sie so wollen, ein Gesetz, das die bisher bekannten Naturphänomene regelt. Es gibt keine bekannte Ausnahme von diesem Gesetz – soweit wir wissen, ist es exakt. Das Gesetz heißt Energieerhaltung [es besagt, dass es eine bestimmte Menge gibt, die wir Energie nennen, die sich bei den vielfältigen Veränderungen, denen die Natur unterliegt, nicht ändert]. Das ist eine höchst abstrakte Idee, weil es ein mathematisches Prinzip ist; es besagt, dass es eine numerische Größe gibt, die sich nicht ändert, wenn etwas passiert. Es ist keine Beschreibung eines Mechanismus oder irgendetwas Konkretes; Es ist nur eine seltsame Tatsache, dass wir eine Zahl berechnen können, und wenn wir damit fertig sind, die Natur zu beobachten, wie sie ihre Tricks durchführt und die Zahl erneut berechnet, ist es dasselbe.

— The Feynman Lectures on Physics, Bd. 1.

Energie in den Naturwissenschaften

Die Konzepte der Energie und ihrer Transformationen sind nützlich, um Naturphänomene zu erklären. Ebenso nützlich ist der Energieerhaltungssatz. Die Richtung von Transformationen, die mit Hilfe von Energie erklärt werden, wird oft von beeinflusst Entropie Überlegungen auch.

Der genaue Kontext verschiedener Naturphänomene und Transformationen variiert von einer Naturwissenschaft zur anderen. Einige Beispiele sind:

Physik

Die Transformation, die den Zusammenhang von Energie in der Physik ausmacht, ist die Änderung der Position oder Bewegung eines Objekts, die durch die Einwirkung von a bewirkt wird Macht . Also im Rahmen von Physik , Energie soll die Fähigkeit zu tun sein Arbeit . Arbeit wird in der Physik als verrichtet bezeichnet, wenn ein Objekt (wie klein auch immer in Größe und Masse) durch die Wirkung einer Kraft über eine wie kurze Distanz bewegt wird.

Mathematisch gesehen ist Arbeit gleich der Kraft multipliziert mit einem Weg (genauer: Kraft integriert über einen bestimmten Weg).

Die obige Gleichung besagt, dass die Arbeit ( Im ) ist gleich dem Integral des Skalarprodukts von Macht ( ) auf einen Körper und das Infinitesimale der Übersetzung des Körpers ( ).

Je nach Art der Kraft F beteiligt, führt die Arbeit dieser Kraft zu einer Änderung der entsprechenden Energieart (Gravitation, Elektrostatik, Kinetik usw.).

Ein Instrument, mit dem Physiker Energie messen

Energieeinheiten sind also genau gleich Arbeitseinheiten (Joule im SI). Da Arbeit rahmenabhängig ist (d. h. nur relativ zu einem bestimmten Anfangszustand oder Referenzzustand des Systems definiert werden kann), wird auch Energie rahmenabhängig. Obwohl zum Beispiel ein rasendes Geschoss im Bezugssystem eines sich nicht bewegenden Beobachters kinetische Energie hat, hat es in seinem richtigen (mitbewegten) Bezugssystem keine kinetische Energie – weil es null Arbeit erfordert, ein Geschoss aus der Nullgeschwindigkeit zu beschleunigen auf Nullgeschwindigkeit. Natürlich ist die Auswahl eines Referenzzustands (oder Referenzrahmens) völlig willkürlich – und wird normalerweise diktiert, um das zu behandelnde Problem maximal zu vereinfachen. Wenn jedoch die Gesamtenergie eines Systems nicht durch einfache Wahl des Bezugssystems verringert werden kann, dann ist die im System verbleibende (minimale) Energie mit einer invarianten Masse des Systems verbunden. In diesem speziellen Rahmen, der als Schwerpunktrahmen oder Massenschwerpunktrahmen bezeichnet wird, die Gesamtenergie des Systems UND und sowohl seine unveränderliche Masse als auch seine relativistische Masse m werden durch Einsteins berühmte Gleichung in Beziehung gesetzt UND = Mc ².

Das Konzept der quantisierten Energie ist ein Produkt von Quantenmechanik . Jedes System kann durch eine Schrödinger-Gleichung beschrieben werden, und für gebundene Systeme führt die Lösung dieser Gleichung zu bestimmten zulässigen Zuständen, die jeweils durch ein Energieniveau gekennzeichnet sind. In der Wellenmechanik wird die Energie durch die Planck-Gleichung mit der Frequenz einer elektromagnetischen Strahlung in Beziehung gesetzt E = hν (wobei h die Plancksche Konstante und ist n die Frequenz)

Nach Einsteins Theorie der Spezielle Relativität , Masse und Energie sind äquivalent. Beispielsweise gibt es Prozesse, wie z Elektron - Positronenvernichtung, bei der Masse vollständig in Energie umgewandelt wird und Energie auch an Gravitationswechselwirkungen teilnimmt. Die Beziehung zwischen den beiden ist:

wo

m ist die Menge an Ruhemasse, die als Wirkenergie (Wärme, Licht, Bewegungsenergie) an die Umgebung abgegeben wird,

c ist der Lichtgeschwindigkeit In einem Vakuum.

Chemie

Atome und Moleküle, die zentralen Konzepte von Chemie , bestehen aus Elektronen und Protonen, und daher Coulombsche Kräfte sind bei der Umlagerung von Atomen (bei der Bildung oder Zersetzung von Molekülen) am Werk. Die mit dieser Ladungsbewegung verbundene Energie nennen wir 'chemische Energie'.

Eine chemische Reaktion nimmt ausnahmslos Wärme oder Licht auf oder gibt sie ab. Nach der chemischen Thermodynamik ist eine chemische Umwandlung nur möglich, wenn die sogenannte freie Energie abnimmt. Das Konzept der freien Energie ist eine Synthese aus Energie und Entropie . Freie Energie ist ein nützliches Konzept in der Chemie, da Energieüberlegungen allein nicht ausreichen, um über die Möglichkeit einer chemischen Reaktion zu entscheiden. Gemäß dem zweiten Hauptsatz der Thermodynamik muss die Entropie des Universums bei allen Prozessen (einschließlich chemischer Prozesse) zunehmen, und Energie wird von einer Form in eine andere umgewandelt (einschließlich von Wärme in jede andere Form), solange der zweite Hauptsatz dies nicht tut verletzt. Beispielsweise kann sich ein Gas ausdehnen und dadurch einen Teil seiner Wärme verrichten, aber dies ist nur möglich, weil die Nettoentropie des Universums steigt aufgrund der Gasausdehnung mehr als es sinkt aufgrund des Verschwindens von Wärme.

Das Konzept der Energieniveaus findet Anwendung in verschiedenen Arten der Spektroskopie, bei denen die Aufklärung der atomaren und molekularen Struktur auf dem Phänomen des Vorhandenseins bestimmter 'Linien' in Absorptions- oder Emissionsspektren basiert.

Emissionsspektrum von Eisen

Diese Linien (so genannt, weil sie als lineare Merkmale in Dispersionsspektren erscheinen (siehe Beispiel oben), wie sie von einem Prisma oder Beugungsgitter erzeugt werden könnten) werden postuliert, dass sie auf eine bestimmte spezifische Energiemenge zurückzuführen sind, die am Übergang von Atomen oder Molekülen beteiligt ist , von einem Staat zum anderen. Da eine charakteristische Energiegröße mit einer charakteristischen Frequenz (und Wellenlänge) von Licht (oder anderer elektromagnetischer Strahlung) verbunden ist, sind solche Linien in Spektren direkte Hinweise auf energetische Veränderungen, die nur bei bestimmten Energien auftreten dürfen und nicht bei anderen.

Das Geschwindigkeit einer chemischen Reaktion (bei gegebener Temperatur T) hängt mit einem weiteren Konzept zusammen, der Aktivierungsenergie. Die Aktivierungsenergie E einer chemischen Reaktion kann als die Höhe einer Energiebarriere visualisiert werden, die zwei Energieminima des chemisch reagierenden Systems trennt (die Energie der Reaktanten und die Energie der Produkte). Somit ist gemäß der statistischen Mechanik die Geschwindigkeit chemischer Reaktionen proportional zum Boltzmann-Populationsfaktor und ^{− UND / k T} , das heißt die Population von Molekülen mit einer Energie größer oder gleich E bei der Temperatur T. Diese exponentielle Abhängigkeit einer Reaktionsgeschwindigkeit von der Temperatur ist als Arrhenius-Gleichung bekannt.

Biologie

Wachstum, Entwicklung und Stoffwechsel sind einige der zentralen Phänomene in der Erforschung von Biologie . Sie lassen sich nicht erklären, ohne sich auf das Energiekonzept zu berufen. In der Tat Nahrung von Leben selbst ist kritisch abhängig von Energieumwandlungen; lebende Organismen überleben aufgrund des Energieaustauschs innerhalb und außerhalb. In einem lebenden Organismus werden ständig chemische Bindungen aufgebrochen und hergestellt, um den Austausch und die Umwandlung von Energie zu ermöglichen. Diese chemischen Bindungen sind meistens Bindungen in Kohlenhydraten, einschließlich Zuckern.

Andere chemische Bindungen umfassen Bindungen in chemischen Verbindungen, die für den Zellstoffwechsel wichtig sind, beispielsweise solche in einem Molekül ATP oder Fette und Öle. Diese Moleküle sind zusammen mit Sauerstoff übliche Speicher konzentrierter Energie für die biologischen Prozesse. Man kann daher behaupten, dass die Umwandlung von Energie von einer stärker in eine weniger konzentrierte Form die treibende Kraft aller biologischen Prozesse oder chemischen Prozesse ist, die für das Leben eines biologischen Organismus verantwortlich sind. Molekularbiologie und Biochemie sind in der Tat wissenschaftliche Studien über das Herstellen und Aufbrechen chemischer Bindungen in den Molekülen biologischer Organismen.

Wie bei anderen Naturphänomenen erhöht auch der Austausch von Stoffwechselenergie in biologischen Organismen die Entropie des Universums. Nahezu alle in der Biologie untersuchten Energieumwandlungen sind auf chemische Synthesen und Zersetzungen zurückzuführen, die letztendlich durch die von Photonen im Sonnenlicht durch Sonneneinstrahlung absorbierte Energie hervorgerufen werden Photosynthese . Die Gesamtenergie, die durch Photosynthese in grünen Pflanzen aus der Sonnenstrahlung eingefangen wird, beträgt etwa 2 x 10 ²³ Joule Energie pro Jahr. Das sind etwa 4 % der gesamten Sonnenenergie, die die Erde erreicht.

Die Räuber-Beute-Beziehungen, Nahrungsketten, sind in Wirklichkeit Energieumwandlungen innerhalb von Ökosystemen, die untersucht werden Ökologie .

Meteorologie

Meteorologische Phänomene wie Wind , Regen , Heil, Schnee , Blitz, Tornados und Hurrikane , sind alle das Ergebnis von Energieumwandlungen, die durch Sonnenenergie auf dem Planeten Erde hervorgerufen werden. Es wurde geschätzt, dass die durchschnittliche Gesamtzahl Sonneneinstrahlung (oder Sonneneinstrahlung) beträgt etwa 1350 Watt pro Quadratmeter, die am Mittag am Äquator auf den Gipfel der Atmosphäre einfallen, eine Zahl, die als Sonnenkonstante bekannt ist. Obwohl diese Menge jedes Jahr ein wenig variiert, als Folge von Sonneneruptionen, Protuberanzen und dem Sonnenfleckenzyklus. Etwa 34 % davon werden unmittelbar von der planetaren Albedo reflektiert, als Ergebnis von Wolken, Schneefeldern und sogar reflektiertem Licht von Wasser, Felsen oder Vegetation. Da in den Tropen mehr Energie empfangen als zurückgestrahlt wird, während an den Polen mehr Energie abgestrahlt als empfangen wird, wird die klimatische Homöostase nur durch einen Energietransfer von den Tropen zu den Polen aufrechterhalten. Diese Energieübertragung treibt die Winde und Meeresströmungen an. Wie bei biologischen Prozessen beinhalten alle meteorologischen Prozesse die Umwandlung von Energie aus einer konzentrierten Form wie Sonnenlicht in eine weniger konzentrierte Form wie Ferninfrarotstrahlung (d viele Photonen). Allerdings kann bei diesem Vorgang Energie zeitweilig lokal gespeichert werden, und die plötzliche Freisetzung solcher gespeicherter Quellen ist für die oben erwähnten dramatischen Prozesse verantwortlich. Beispielsweise ist die kinetische Energie einer Schneelawine oder eines Hurrikans auf die plötzliche Freisetzung von Energie zurückzuführen, die zuvor durch Sonnenstrahlung eingefangen wurde.

EIN Vulkan ist die Freisetzung von gespeicherter Energie unterhalb der Erdoberfläche, die durch radioaktiven Zerfall und die Gravitationssortierung im Erdkern und Erdmantel von Energien entsteht, die bei ihrer Entstehung übrig geblieben sind

Geologie

Kontinentaldrift, Gebirgszüge, Vulkane , und Erdbeben sind Phänomene, die durch Energieumwandlungen in der Erdkruste entstehen. Jüngste Studien deuten darauf hin, dass sich die Erde etwa 6,18 x 10 verändert ^-12 J/s (Joule pro Sekunde) pro Kilogramm. Angesichts der Masse der Erde von etwa 5,97 x 10 ²⁴ Kilogramm bedeutet dies, dass die Energieumwandlungsrate im Inneren der Erde etwa 37 x 10 beträgt ¹² J/s (37 Terawatt).

Aus der Untersuchung von Neutrinos, die von der Erde abgestrahlt werden (siehe KamLAND), haben Wissenschaftler kürzlich geschätzt, dass etwa 24 Terawatt dieser Energieumwandlungsrate auf radioaktiven Zerfall zurückzuführen sind (hauptsächlich von Kalium 40, Thorium 232 und Uran 238) und die restlichen 13 Terawatt stammen aus der kontinuierlichen Gravitation Sortierung des Erdkerns und des Erdmantels, Energien, die von der Entstehung der Erde vor etwa 4,57 Milliarden Jahren übrig geblieben sind (diese Sortierung stellt den fortwährenden Gravitationskollaps der Erde in das maximal kompakte Objekt dar, das mit seiner Zusammensetzung übereinstimmt - ein Prozess, der setzt potenzielle Gravitationsenergie frei). Die Größe dieser beiden Energiequellen nimmt im Laufe der Zeit ab, und allein auf der Grundlage der Halbwertszeit wurde geschätzt, dass die derzeitige radioaktive Energie des Planeten weniger als 1 % derjenigen ausmacht, die zum Zeitpunkt der Entstehung des Planeten verfügbar war.

Infolgedessen machen geologische Kräfte der kontinentalen Akkretion, Subduktion und Ausbreitung des Meeresbodens 90 % der Energie der Erde aus. Die restlichen 10 % der geologischen tektonischen Energie kommen durch Hotspots, die von Mantelwolken erzeugt werden, was zu Schildvulkanen wie Hawaii, Geysiraktivitäten wie Yellowstone oder Flutbasalten führt Island .

Tektonische Prozesse werden durch Wärme aus dem Erdinneren angetrieben. Der Prozess ist eine einfache Wärmekraftmaschine, die über die durch Auftrieb verursachte Aufwärtsbewegung von heißem Magma mit geringer Dichte nach Ausdehnung durch Wärme funktioniert. Die Prozesse verwandeln verwitterte Gesteine ​​und (was aus energetischer Sicht wichtiger ist) heben sie während Orogeneseperioden in Gebirgszüge. Die potentielle Energie, die durch das Gewicht und die Höhe des Gebirges dargestellt wird, stellt somit Wärme aus dem Erdkern dar, die teilweise in potenzielle Gravitationsenergie umgewandelt wurde. Diese potenzielle Energie kann bei Erdrutschen oder plötzlich freigesetzt werden Tsunamis . In ähnlicher Weise stellt die Energiefreisetzung, die ein Erdbeben antreibt, Spannungen in Gesteinen dar, die mechanische potentielle Energie sind, die in ähnlicher Weise durch tektonische Prozesse gespeichert wurde. Ein Erdbeben stellt somit letztlich kinetische Energie dar, die aus elastischer potentieller Energie in Gesteinen freigesetzt wird, die wiederum aus durch radioaktiven Zerfall und Gravitationskollaps freigesetzter Wärmeenergie im Erdinneren gespeichert wurde.

Die Energie, die für die geologischen Prozesse verantwortlich ist Erosion und Ablagerung ist ein Ergebnis des Zusammenspiels von Sonnenenergie und Schwerkraft. Schätzungsweise 23 % der gesamten Sonneneinstrahlung werden zum Antrieb des Wasserkreislaufs verwendet. Wenn Wasserdampf kondensiert, fällt es an Regen , löst es kleine Mengen von Kohlendioxid , macht eine schwache Säure. Diese Säure, die auf die metallischen Silikate wirkt, die die meisten Gesteine ​​bilden, erzeugt eine chemische Verwitterung, entfernt die Metalle und führt zur Produktion von Gestein und Sand, die durch Wind und Wasser durch die Schwerkraft nach unten getragen werden, um am Rand der Kontinente im Meer abgelagert zu werden. Die physikalische Verwitterung von Gesteinen wird durch die Ausdehnung von Eiskristallen erzeugt, die durch Wasser in den gemeinsamen Ebenen von Gesteinen zurückgelassen werden. Ein geologischer Kreislauf wird fortgesetzt, wenn diese erodierten Felsen später zu Bergen emporgehoben werden.

Astronomie und Kosmologie

Das Phänomen der Sterne , Nova, Supernova, Quasare und Gammastrahlenausbrüche sind die energieintensivsten Umwandlungen von Materie im Universum. Alle Sternphänomene (einschließlich natürlich der Sonnenaktivität) werden durch verschiedene Arten von Energieumwandlungen angetrieben. Energie bei solchen Transformationen stammt entweder aus dem Gravitationskollaps von Materie (normalerweise molekularem Wasserstoff) in verschiedene Klassen astronomischer Objekte (Sterne, Schwarze Löcher usw.) oder aus der Kernfusion (leichtere Elemente, hauptsächlich Wasserstoff).

Es wird angenommen, dass dunkle Energie 70% davon ausmacht Universum

Leichte Elemente, vor allem Wasserstoff und Helium, entstanden in der Urknall . Diese leichten Elemente wurden im Urknallprozess (siehe Nukleosynthese) zu schnell und zu dünn verteilt, um die stabilsten mittelgroßen Atomkerne wie Eisen und Nickel zu bilden. Diese Tatsache ermöglicht eine spätere Energiefreisetzung, da solche mittelgroßen Elemente in unserer Zeit gebildet werden. Die Bildung solcher Atome treibt die stetigen energiefreisetzenden Reaktionen an Sterne , und trägt auch zu plötzlichen Energiefreisetzungen bei, wie z. B. in Novae. Es wird auch angenommen, dass der Gravitationskollaps von Materie zu Schwarzen Löchern die energiereichsten Prozesse antreibt, die im Allgemeinen in den Zentren von Galaxien beobachtet werden (siehe Quasare und im Allgemeinen aktive Galaxien).

Kosmologen sind immer noch nicht in der Lage, alle kosmologischen Phänomene rein auf der Grundlage bekannter konventioneller Energieformen zu erklären, beispielsweise solche, die mit der beschleunigten Expansion des Universums zusammenhängen, und berufen sich daher auf eine noch unerforschte Energieform namens Dunkle Energie, um bestimmte kosmologische Beobachtungen zu erklären .

Messmethoden

Die Methoden für die Messung von Energie verwenden oft Methoden zur Messung noch grundlegenderer Konzepte der Wissenschaft, nämlich. Masse, Entfernung, Strahlung, Temperatur, Zeit , elektrische Ladung und elektrischer Strom. Herkömmlicherweise ist die am häufigsten verwendete Technik die Kalorimetrie, in Thermodynamik die auf der Messung der Temperatur beruht: ein Thermometer oder ein Bolometer zur Messung der Strahlungsintensität.

Verschiedene Energieformen und ihre Zusammenhänge

Hitze , eine Energieform, ist teilweise potentielle Energie und teilweise kinetische Energie.

Im Kontext der Naturwissenschaften kann Energie in einer von mehreren verschiedenen Formen vorliegen: thermisch, chemisch, elektrisch, strahlend, nuklear usw. Einige grundlegende Lehrbücher gruppieren all diese Energieformen grob in zwei große Kategorien: kinetische Energie und potentielle Energie. Einige Energieformen widersetzen sich jedoch einer solchen einfachen Klassifizierung, wie dies bei Lichtenergie der Fall ist. Andere bekannte Energiearten (wie in den meisten Fällen Wärme) sind eine variierende Mischung aus potentieller und kinetischer Energie.

Kinetisch

Kinetische Energie ist Energie aufgrund von Bewegung eines Körpers oder Teilchen darin.

Wärmeenergie , oft als Wärme bezeichnet, ist eine Art kinetische Energie, weil es so ist teilweise aufgrund der Bewegung von Atomen oder Molekülen in einem Feststoff, einer Flüssigkeit oder einem Gas. Der Fall eines idealen Gases ist vielleicht einer, der mathematisch bis ins kleinste Detail analysiert wurde. Die kinetische Energie, e der Teilchen, die ein ideales Gas umfassen, wird durch den Gleichverteilungssatz als gleich ausgedrückt , also ist die Energie pro Teilchen proportional zur Temperatur. Für ein einatomiges Gas mit N Teilchen mit jeweils drei Freiheitsgraden ist die innere Energie:

wo k ist die Boltzmann-Konstante und T ist die absolute Temperatur. Während in einem idealen Gas bei niedrigen Temperaturen die gesamte innere Energie kinetisch ist, steckt in Gasen, Flüssigkeiten und Festkörpern bei höheren Temperaturen mehr Energie in Schwingungen innerhalb der Moleküle. Wenn also Energie aufgrund von Vibrationen vorhanden ist, wird die Hälfte davon als kinetische Energie und die andere Hälfte als elektromagnetische potentielle Energie zwischen Teilchen gespeichert.

Ähnlich, Strahlungsenergie , auch allgemein bekannt als Lichtenergie , wird oft als von Bewegung getragen dargestellt Photonen und elektrische Energie wird so dargestellt, dass es durch die Bewegung von Elektronen von einem Ort zum anderen übertragen wird. Bei näherer Betrachtung zeigt sich jedoch, dass dies nicht wirklich stimmt. Strahlungsenergie kann nicht eindeutig als klassische kinetische Energie kategorisiert werden, da Photonen keine invariante Masse haben und daher die Energie, die erforderlich ist, um sie auf ihre Geschwindigkeit zu beschleunigen (und damit mit ihrer Bewegung verbunden ist), nicht mit anderen kinetischen Gleichungen berechnet werden kann.

Das elektrische Energie eines elektrischen Stroms ist nicht auf die Bewegung von Elektronen von einem Ende des leitenden Drahts zum anderen zurückzuführen - einfach weil die Geschwindigkeit der Elektronen an beiden Enden des Drahts gleich ist (also ihre kinetische Energie gleich ist und nicht die Quelle sein kann Energie, die an eine Last dazwischen geliefert wird). Ein elektrischer Strom ist in der Tat eine induzierte Bewegung von Ladungen an einem Ende eines Drahtes durch die Einführung eines elektrischen Feldes am anderen. Das elektrische Feld und die von ihm angetriebene Stromwelle werden über einem Leiter mit einer Geschwindigkeit v aufgebaut, die fast der Lichtgeschwindigkeit entspricht (v=c/sqrt(με)≈c/1,83=1,6x10^8 m/sec in Haushaltskupfer oder Aluminiumdrähte mit Polyvinylchlorid-Isolierung), aber Leitungselektronen bewegen sich mit einem winzigen Bruchteil dieser Geschwindigkeit (~ 0,1 mm/s bei Strom I ~ 1 A). Die Energie eines elektrischen Stroms wird in der transportiert elektrisches Feld und Magnetfeld des Stroms - wie durch den Poynting-Vektor gegeben. Wenn ein Draht aus einem guten Leiter besteht, fließt praktisch die gesamte elektrische Energie außerhalb des Drahts (weil das elektrische Feld und damit der Poynting-Vektorfluss innerhalb des leitenden Drahts vernachlässigbar sind) und tritt in eine geringe leitende Last ein (wobei der Poynting-Vektor nach innen geneigt ist). Dieser elektrische Energiefluss kann im Verbraucher in Wärme, Licht, Bewegungsenergie oder andere Energieformen umgewandelt werden.

Potenzial

Potenzielle Energie ist die Energie aufgrund der Position eines Objekts relativ zu anderen Objekten. Es ist analog zum Konzept des Reichtums, der die Fähigkeit eines Individuums oder einer Organisation anzeigt, Menschen in der Gesellschaft zu beeinflussen. Diese Energieform kann positiv oder negativ sein, da es sich um verrichtete Arbeit handeln kann an ein Objekt durch eine Kraft oder Arbeit getan durch das Objekt gegen a Macht . Negative Energie ist also ein mathematisches Konstrukt in Bezug auf ein anderes System. Jede der grundlegenden Wechselwirkungen der Natur kann mit einer Art potentieller Energie verknüpft werden:

Gravitationspotential Energie

Gravitationspotential Energie ist die Arbeit der Gravitationskraft während der Neuordnung der gegenseitigen Positionen interagierender Massen - sagen wir, wenn Massen auseinander bewegt werden (wie wenn eine Kiste angehoben wird) oder näher zusammengerückt werden (wie wenn ein Meteorit auf die Erde fällt). Betrachtet man die Massen der Objekte als Punktmassen, so ist diese Arbeit (also die Gravitationspotentialenergie) gleich:

wo

m und M handelt es sich um die beiden Massen,

r ist der Abstand zwischen ihnen,

G ist die Gravitationskonstante.

Im Falle einer kleinen Verschiebung h << r in der Nähe der Erdoberfläche, wo GM/r = g , die obige Formel ergibt die weit verbreitete E = mgh Näherung für Gravitationspotentialenergie.

Elektrische potentielle Energie

Elektrische potentielle Energie ist die Arbeit elektrischer Kräfte während der Umordnung von Ladungspositionen und umfasst auch die üblichen chemischen potentiellen Energien (Energie, die zum Aufbrechen chemischer Bindungen erforderlich ist oder aus deren Bildung gewonnen wird). Die Energie, die bei Blitzen, beim Verbrennen eines Liters Heizöl oder beim Verbrauch einer bestimmten Menge elektrischer Energie aus einem elektrischen Leitungssystem freigesetzt wird, sind gängige Beispiele für elektromagnetische potentielle Energie. Quantitativ ist elektromagnetische potentielle Energie:

wo

q und Q sind die elektrischen Ladungen auf den betreffenden Objekten,

r ist der Abstand zwischen ihnen,

e ₀ ist die elektrische Konstante eines Vakuums.

Bei der Verwendung elektrischer Energie aus einem elektrischen Verdrahtungssystem wird die verfügbare elektrische potentielle Energie durch die elektrische Potentialdifferenz (gemessen in Volt) zwischen den Leitern und die zwischen ihnen zu übertragende Ladungsmenge dargestellt. Die freigesetzte Energie in Joule ergibt sich aus der Spannung multipliziert mit der übertragenen Ladung in Coulomb.

Magnetische potentielle Energie

Energie kann auch in einem Magnetfeld gespeichert werden. Solche Felder sind intrinsische Eigenschaften bestimmter Teilchen, aber sie resultieren oft auch aus einer relativen Bewegung elektrischer Ladungen in einem elektrischen Strom; Beispielsweise funktioniert der supraleitende magnetische Energiespeicher über den Mechanismus von magnetische potentielle Energie . Die magnetische Potentialenergie ist eng mit der elektrischen Potentialenergie verwandt, da beide Potentialarten durch das elektromagnetische Feld vermittelt werden. Die Hochleistungsanwendung von magnetischer potentieller Energie ist vielleicht am bekanntesten als die Art der Energiespeicherung, die eine Energieübertragung innerhalb eines elektrischen Transformators ermöglicht.

Thermische potentielle Energie

Potenzielle thermische Energie ist der Teil der Wärmeenergie, der nicht aus kinetischer Wärmeenergie besteht und somit als elektrische potentielle Energie gespeichert wird. Dieser potentielle elektrische Teil der thermischen Energie wird in der 'Verformung' von Atombindungen während der thermischen Bewegung von Atomen gespeichert (wenn Atome um ihre Gleichgewichtsposition oszillieren, haben sie nicht nur kinetische Bewegungsenergie, sondern auch eine potentielle Energie der Verschiebung aus dem Gleichgewicht). Diese Energie ist ein erheblicher Teil (etwa die Hälfte) der thermischen Energie für stark gebundene Systeme (=Feststoffe und Flüssigkeiten), der Rest der thermischen Energie ist die kinetische Energie der Atome. Der potentielle Teil der thermischen Energie ist jedoch ein kleinerer Bruchteil der thermischen Energie in Gasen, die mehr als die Hälfte ihrer thermischen Energie als verschiedene Arten von kinetischen Energien der Gasatome tragen.

Chemische potentielle Energie

Potentielle chemische Energie ist die Energie, die potenziell freigesetzt werden kann, wenn die Bindungen chemischer Strukturen umgeordnet werden. Energie wird niemals in chemischen Bindungen gespeichert, außer als negative Größe (d. h. es ist immer Energie erforderlich, um eine Bindung zu brechen), aber Nettoenergie kann freigesetzt werden, wenn schwache chemische Bindungen gebrochen werden, sodass stärkere Bindungen hergestellt werden können. Ein Beispiel ist die Mischung aus Brennstoff und Sauerstoff: Diese speichert chemische Energie verglichen mit die Verbrennungsprodukte, d. h. die Energie wird nicht im Brennstoff gespeichert, sondern existiert als potenzielle Energie, die in Wärme umgewandelt werden kann, wenn sich der Brennstoff mit Sauerstoff verbindet. Andere gängige Beispiele für chemisches Potenzial sind eine wiederaufladbare Batterie oder ein Nahrungsmittel (wobei wiederum die Energie nicht im Gegenstand selbst gespeichert wird, sondern tatsächlich im System von Gegenstand-plus-Sauerstoff ). Einige chemische Brennstoffe oder Sprengstoffe (z. B. Nitroglycerin) benötigen keinen zweiten Reaktionsstoff, um potenzielle Energie freizusetzen, aber selbst in diesen Fällen stammt die freigesetzte Energie nicht von den Bindungen des Moleküls, sondern wird von den stärkeren Bindungen freigesetzt der Produkte, in die es zerfällt (im Fall von Nitroglycerin, von der starken Bindung im neuen N _zwei entsteht, wenn es explodiert).

Elastische potentielle Energie

Potentielle elastische Energie ist die in der elastischen Natur von Objekten gespeicherte Energie. Elastische Energie ist eigentlich von mehreren Arten: Es ist manchmal eine Art elektrische potentielle Energie (wie bei Metallfedern), und in diesen Fällen wird Energie freigesetzt, wenn geladene Atome, die komprimiert wurden, sich auseinander bewegen können. In anderen Fällen (wie komprimierten idealen Gasen oder Gummibändern) wird die potentielle Energie jedoch nicht als elektrisches Potential gespeichert, sondern als Anordnung von Atomen mit niedriger Entropie, die eine schnelle Umwandlung von Wärmeenergie in Arbeit ermöglichen kann, wenn sie werden in Strukturen mit höherer Entropie umgeordnet.

Im Idealfall einer durch das Hookesche Gesetz beschriebenen Metallfeder ist die gespeicherte elastische Energie gleich:

wo

k ist die Federkonstante, abhängig von der einzelnen Feder,

x ist die Verformung des Objekts.

Nukleare potentielle Energie

Nukleare potentielle Energie liefert zusammen mit der elektrischen potentiellen Energie die freigesetzte Energie Kernspaltung und Kernfusionsprozesse. In beiden Fällen binden starke Kernkräfte Kernteilchen stärker und enger, nachdem die Reaktion abgeschlossen ist. Schwache Kernkräfte (im Gegensatz zu starken Kräften) liefern die potenzielle Energie für bestimmte Arten radioaktiven Zerfalls, wie z. B. den Beta-Zerfall. Die bei nuklearen Prozessen freigesetzte Energie ist so groß, dass die relativistische Massenänderung mehrere Promille betragen kann.

Kernteilchen wie Protonen und Neutronen werden bei Spaltungs- und Fusionsprozessen nicht zerstört, aber Ansammlungen von ihnen haben weniger Masse, als wenn sie einzeln frei wären, und dieser Massenunterschied wird bei Kernreaktionen als Wärme und Strahlung freigesetzt (die Wärme und Strahlung haben die fehlenden Masse, entweicht aber oft aus dem System, wo sie nicht gemessen wird). Die Energie aus der Sonne , auch Sonnenenergie genannt, ist ein Beispiel für diese Form der Energieumwandlung. In dem Sonne wandelt der Prozess der Wasserstofffusion etwa 4 Millionen Tonnen Sonnenmaterie pro Sekunde in Licht um, das in den Weltraum abgestrahlt wird.

Umwandlungen von Energie

Eine Energieform kann oft leicht mit Hilfe eines Geräts – beispielsweise einer Batterie – von chemischer Energie in elektrische Energie in eine andere umgewandelt werden; a Damm : potenzielle Gravitationsenergie zu kinetischer Bewegungsenergie Wasser (und die Schaufeln einer Turbine) und schließlich zu elektrischer Energie durch einen elektrischen Generator. Ähnlich wird im Fall einer chemischen Explosion potentielle chemische Energie in sehr kurzer Zeit in kinetische Energie und thermische Energie umgewandelt. Ein weiteres Beispiel ist das eines Pendels. An seinen höchsten Punkten ist die kinetische Energie Null und die potentielle Gravitationsenergie maximal. An ihrem tiefsten Punkt ist die kinetische Energie maximal und gleich der Abnahme der potentiellen Energie. Geht man (unrealistisch) davon aus, dass es keine Reibung gibt, ist die Energieumwandlung zwischen diesen Prozessen perfekt und das Pendel schwingt ewig weiter.

Energie umgewandelt werden kann Angelegenheit und umgekehrt, obwohl sowohl Energie als auch Materie während eines solchen Prozesses weiterhin Ruhemasse aufweisen (in einem geschlossenen System macht die Umwandlung von Materie in Energie oder Energie in Materie keinen Unterschied in der Systemmasse). Die Gleichung E=mc ^zwei , mathematisch unabhängig von abgeleitet Albert Einstein und Henri Poincaré reflektiert die Äquivalenz zwischen Masse und Energie. Diese Gleichung besagt, dass die freigesetzte aktive Energie (Licht, Wärme, Strahlung), die einer Einheit inaktiver Materie entspricht, enorm ist. Dies kann an den gewaltigen Energien bezeugt werden, die durch eine Atombombe freigesetzt werden. Umgekehrt ist das Massenäquivalent einer Energieeinheit winzig, weshalb der Energieverlust der meisten Systeme nur schwer in Gewicht gemessen werden kann, es sei denn, der Energieverlust ist sehr groß. Beispiele für die Umwandlung von Energie in Materie (Teilchen) finden sich in der Hochenergie-Kernphysik. Alle Energie in irgendeiner Form weist jedoch Ruhemasse auf, auch wenn sie nicht in neue Teilchen umgewandelt wurde.

Energieerhaltungssatz

Energie, im Kontext der Naturwissenschaften, unterliegt der Gesetz der Energieerhaltung . Nach diesem Gesetz kann es weder geschaffen (produziert) noch vernichtet werden. Es kann nur transformiert werden.

Nach dem ersten Hauptsatz der Thermodynamik muss der gesamte Energiezufluss in ein System gleich dem gesamten Energieabfluss aus dem System plus der Änderung der im System enthaltenen Energie sein. Dieses Gesetz wird in allen Bereichen der Physik verwendet, aber häufig für kurz genug Zeiträume verletzt, in denen Energie noch nicht mathematisch definiert werden kann (siehe Quantenelektrodynamik und Off-Shell-Konzept). Der Satz von Noether bezieht sich auf die Energieerhaltung Zeitinvarianz der physikalischen Gesetze.

Dieses Gesetz ist ein Grundprinzip der Physik. Es folgt aus der Translationssymmetrie von Zeit , eine Eigenschaft der meisten Phänomene unterhalb der kosmischen Skala, die sie unabhängig von ihrer Position auf der Zeitkoordinate macht. Anders ausgedrückt, gestern, heute und morgen sind physikalisch nicht zu unterscheiden. Die Tatsache, dass Energie nicht für beliebig kurze Zeiträume definiert werden kann Quantenmechanik folgt aus der Definition des Energieoperators, die mathematisch zur gegenseitigen Unsicherheit von Zeit und Energie führt, die als Unschärferelation bekannt ist:

Obwohl es scheinbar unbedeutend ist, hat dieses Prinzip tiefgreifende Auswirkungen auf unser Verständnis vieler Phänomene im Bereich der Teilchenphysik. Es führte zur Einführung des Konzepts der virtuellen Teilchen, die tragen Schwung , der Austausch mit realen Teilchen ist verantwortlich für die Entstehung aller bekannten fundamentalen Kräfte (genauer bekannt als fundamentale Wechselwirkungen). Virtuelle Photonen (die einfach der niedrigste quantenmechanische Energiezustand von Photonen sind) sind auch verantwortlich für den spontanen Strahlungszerfall angeregter Atom- und Kernzustände, für die Casimir-Kraft, für Van-der-Waals-Bindungskräfte und einige andere beobachtbare Phänomene.

Energie in der Gesellschaft

Im Kontext der Gesellschaft das Wort Energie ist gleichbedeutend mit Energieressourcen und bezieht sich meistens auf Stoffe wie Kraftstoffe, Petroleum Produkte und Elektroinstallationen. Dieser Unterschied zur Energie in den Naturwissenschaften kann zu einiger Verwirrung führen, da Energieressourcen (die nutzbare Energie darstellen) in der Natur nicht in gleicher Weise konserviert werden wie Energie wird im Kontext der Physik konserviert. Die Leute sprechen oft von Energiekrise und der Notwendigkeit, Energie zu sparen, was dem Prinzip der Energieeinsparung in den Naturwissenschaften widerspricht. Bemühungen, die normalerweise als Energieeinsparung bezeichnet werden, sind eigentlich Bemühungen, die darauf abzielen, derzeit verfügbare Energieressourcen zu schonen, die für nützliche Arbeit eingesetzt werden können.

Wirtschaft

Energieverbrauch pro Kopf pro Land (2001). Rote Farbtöne weisen auf einen Anstieg, grüne Farbtöne auf einen Rückgang des Konsums in den 1990er Jahren hin.

Produktion und Verbrauch von Energieressourcen sind für die Weltwirtschaft von großer Bedeutung. Alle wirtschaftlichen Aktivitäten benötigen Energieressourcen, ob zu Herstellung Ware, liefern Transport , Lauf Computers und andere Maschinen, oder zu wachsen Lebensmittel Arbeiter zu ernähren oder sogar neue Brennstoffe zu ernten. Daher ist die Art und Weise, wie eine menschliche Gesellschaft ihre vorhandenen Energieressourcen nutzt, Mittel zu ihrer Produktion oder ihrem Erwerb entwickelt, ein bestimmendes Merkmal ihrer Wirtschaft. Die Weiterentwicklung von Tierkraft zu Dampfkraft, dann der Verbrennungsmotor und Elektrizität , sind Schlüsselelemente in der Entwicklung der modernen Zivilisation. Die Kosten von Energieressourcen hängen von ihrer Nachfrage und Produktion zu einem bestimmten Zeitpunkt ab. Die Knappheit billiger Brennstoffe ist ein zentrales Anliegen der zukünftigen Energieentwicklung.

Es wurden einige Versuche unternommen, „graue Energie“ zu definieren – die Gesamtsumme der Energie, die aufgewendet wird, um ein Gut oder eine Dienstleistung auf ihrem Weg durch die Wirtschaft zu liefern.

Umfeld

Der Verbrauch von Energieressourcen (z. B. das Einschalten eines Lichts) ist scheinbar unbedenklich. Die Erzeugung dieser Energie erfordert jedoch Ressourcen und trägt zur Luft- und Wasserverschmutzung bei. Viele Kraftwerke verbrennen Kohleöl oder Erdgas, um Strom für den Energiebedarf zu erzeugen. Während die Verbrennung dieser fossilen Brennstoffe eine leicht verfügbare und sofortige Stromversorgung erzeugt, erzeugt sie auch Luftschadstoffe wie Kohlendioxid (CO2), Schwefeldioxid und -trioxid (SOx) und Stickoxide (NOx). Kohlendioxid ist ein wichtiges Treibhausgas, von dem angenommen wird, dass es für einen Teil des schnellen Anstiegs verantwortlich ist Erderwärmung besonders Temperaturaufzeichnungen im 19. Jahrhundert im Vergleich zu Temperaturaufzeichnungen im Wert von Zehntausenden von Jahren, die aus Eisbohrkernen aus arktischen Regionen abgelesen werden können.

Durch die Verbrennung fossiler Brennstoffe zur Stromerzeugung werden auch Spurenmetalle wie Beryllium, Cadmium, Chrom, Kupfer, Mangan, Quecksilber, Nickel und Silber in die Umwelt freigesetzt, die ebenfalls als Schadstoffe wirken. Bestimmte erneuerbare Energietechnologien belasten die Umwelt nicht auf die gleiche Weise und können daher zu einer saubereren Energiezukunft für die Welt beitragen. Erneuerbare Energietechnologien, die für die Stromerzeugung zur Verfügung stehen, umfassen Biokraftstoffe, Solarenergie, Gezeitenkraft, Windturbinen, Wasserkraft usw. Mehrere Umweltaktivisten haben jedoch ernsthafte Umweltbedenken bezüglich dieser Arten der Stromerzeugung geäußert. Ihnen zufolge wird während der Herstellung und Entsorgung der Materialien, die mit den in diesen Technologien verwendeten Maschinen verbunden sind, ausnahmslos eine gewisse Verschmutzung erzeugt. Ein zentraler Weg, um die Nachteile des Ausbaus der Energieerzeugung zu vermeiden, ist Energieeinsparung.

Erkundung und Forschung

Wissenschaftler haben erkannt, dass die bekannten Energieressourcen möglicherweise nicht für immer ausreichen. Daher besteht ein dringender Bedarf, neue Wege zu gehen, darunter die Erkundung neuer öl- oder erdgasreicher Gebiete oder Methoden zur Gewinnung von Energieressourcen mit wenig erforschten Methoden. Während einige Wissenschaftler damit beschäftigt sind, die Möglichkeit der Kalten Fusion zu erforschen, lenken viele Länder beträchtliche wirtschaftliche Ressourcen in diese Richtung Weltraumforschung . Die Erforschung des Weltraums von langer Dauer erfordert kompakte Energieressourcen, da der enorme Verbrauch von Energieressourcen durch ein großes Raumfahrzeug nicht durch tragbare chemische Energieressourcen gedeckt werden kann, die von der Erde an Bord gebracht werden. Für Missionen zum äußeren Sonnensystem sind kompakte Kernenergiequellen (in Form von Kernreaktoren oder thermoelektrischen Radioisotopgeneratoren) eine Notwendigkeit. Es wurde vorgeschlagen, zu diesem Zweck die Vernichtung von Materie zu untersuchen, obwohl derzeit kein praktischer Weg bekannt ist, signifikante Mengen an Antimaterie herzustellen oder sie zu speichern. Ein weiteres Forschungsgebiet zur Erforschung einer zukünftigen Energiequelle ist die künstliche Photosynthese, ein Prozess, an dem aktiv geforscht wird, um das Kohlendioxid ohne das Eingreifen von Pflanzen in einen anderen nützlichen Brennstoff als Biomasse umzuwandeln.

Management

Da die Energiekosten zu einem bedeutenden Faktor für die Leistung der Wirtschaft von Gesellschaften geworden sind, ist das Management von Energieressourcen sehr wichtig geworden. Energiemanagement beinhaltet die effektivere Nutzung der verfügbaren Energieressourcen, dh mit minimalen zusätzlichen Kosten. Oftmals ist es möglich, Energiekosten einzusparen, ohne frische einzubauen Technologie durch einfache Managementtechniken. Meistens ist Energiemanagement die Praxis, Energie effizienter zu nutzen, indem Energieverschwendung beseitigt wird, oder einen vertretbaren Energiebedarf mit einer angemessenen Energieversorgung auszugleichen. Der Prozess verbindet Energiebewusstsein mit Energieeinsparung.

Politik

Da Energie eine wesentliche Rolle in Industriegesellschaften spielt, spielt der Besitz und die Kontrolle über Energieressourcen eine zunehmende Rolle Politik auf nationaler Ebene. Regierungen können versuchen, die gemeinsame Nutzung (Verteilung) von Energieressourcen unter verschiedenen Teilen der Gesellschaft durch Preismechanismen zu beeinflussen; oder sogar die Ressourcen innerhalb ihrer Grenzen besitzen. Sie können auch versuchen, den Energieverbrauch von Einzelpersonen und Unternehmen zu beeinflussen, um Umweltprobleme anzugehen.

Die jüngste internationale politische Kontroverse um Energieressourcen steht im Zusammenhang mit den Irakkriegen. Einige politische Analysten behaupten, dass der verborgene Grund für die Kriege von 1991 und 2003 auf die strategische Kontrolle der internationalen Energieressourcen zurückzuführen ist. Andere kontern dieser Analyse mit Zahlen, die sich auf seine Wirtschaft beziehen. Laut letzterer Gruppe von Analysten haben die USA etwa 336 Milliarden US-Dollar im Irak ausgegeben, verglichen mit einem aktuellen Budget von 25 Milliarden US-Dollar pro Jahr für die gesamte US-Ölimportabhängigkeit. Siehe Energiekriege

Produktion

Die Erzeugung von Energie zur Befriedigung menschlicher Bedürfnisse ist eine wesentliche soziale Aktivität, und es wird viel Mühe in diese Aktivität investiert. Während die meisten dieser Bemühungen auf die Erhöhung der Strom- und Ölproduktion beschränkt sind, werden neuere Wege zur Erzeugung nutzbarer Energieressourcen aus den verfügbaren Energieressourcen erforscht. Eine dieser Bemühungen ist die Erforschung von Möglichkeiten zur Herstellung von Wasserstoff aus Wasser. Obwohl die Verwendung von Wasserstoff umweltfreundlich ist, erfordert seine Herstellung Energie, und vorhandene Technologien zu seiner Herstellung sind nicht sehr effizient. Es wird geforscht, um den enzymatischen Abbau von Biomasse zu untersuchen. Siehe Wasserstoffwirtschaft.

Auch andere Formen konventioneller Energieressourcen werden auf neue Weise genutzt. Kohlevergasung und -verflüssigung sind neuere Technologien, die attraktiv werden, nachdem erkannt wurde, dass die Ölreserven bei den derzeitigen Verbrauchsraten eher kurzlebig sein können. Siehe alternative Kraftstoffe.

Transport

Während Energieressourcen ein wesentlicher Bestandteil für alle Arten von sind Transport in der gesellschaft wird der transport von energieressourcen immer wichtiger. Energieressourcen liegen stets weit entfernt von dem Ort, an dem sie verbraucht werden. Daher ist ihr Transport immer in Frage. Einige Energieressourcen wie flüssige oder gasförmige Kraftstoffe werden mit Tankschiffen oder Pipelines transportiert, während der Stromtransport immer ein Netz von Stromkabeln erfordert. Der Transport von Energie, sei es per Tanker, Pipeline oder Übertragungsleitung, stellt Wissenschaftler und Ingenieure, politische Entscheidungsträger und Ökonomen vor die Herausforderung, ihn risikofreier und effizienter zu gestalten.

Verwendungszweck

Seit die Menschheit verschiedene Energieressourcen entdeckt hat, die in der Natur vorhanden sind, ist sie damit beschäftigt, Geräte, allgemein als Maschinen bekannt, zu erfinden, die das Leben komfortabler machen, indem sie die eine oder andere Energiequelle nutzen. Obwohl also die Urmenschen die Nützlichkeit des Feuers zum Kochen von Speisen kannten, hat die Erfindung sehr vieler Geräte wie Gasbrenner und Mikrowellenöfen den Energieverbrauch allein für diesen Zweck um ein Vielfaches erhöht. Der Trend ist derselbe in jedem anderen Bereich der sozialen Aktivität, sei es der Bau der sozialen Infrastruktur, die Herstellung von Stoffen für Bezüge; Portierung; Drucken; Dekoration zum Beispiel Textilien), Klimaanlagen; Kommunikation von Informationen oder zur Beförderung von Personen und/oder Gütern (Autos)

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• Prinzipien der Energetik
• Liste der Energiethemen
• Größenordnungen (Energie)