Lernziel
- Unterscheiden zwischen Energiearten
Schlüsselpunkte
- Alle Organismen nutzen verschiedene Energieformen, um die biologischen Prozesse anzutreiben, die sie zum Wachsen und Überleben benötigen.
- Kinetische Energie ist die Energie, die mit Objekten in Bewegung verbunden ist.
- Potentielle Energie ist die Art von Energie, die mit dem Potenzial eines Objekts verbunden ist, Arbeit zu verrichten.
- Chemische Energie ist die Art von Energie, die durch den Abbau chemischer Bindungen freigesetzt wird und für Stoffwechselprozesse nutzbar gemacht werden kann.
Begriffe
- Chemische EnergieDie potentielle Nettoenergie, die im Verlauf einer chemischen Reaktion freigesetzt oder aufgenommen wird.
- PotentialenergieEnergie, die ein Objekt aufgrund seiner Lage (in einem Gravitations- oder elektrischen Feld) oder seines Zustands (als gedehnte oder gestauchte Feder, als chemischer Reaktant oder durch seine Ruhemasse) besitzt.
- kinetische EnergieDie Energie, die ein Objekt aufgrund seiner Bewegung besitzt und die gleich der Hälfte der Masse des Körpers mal dem Quadrat seiner Geschwindigkeit ist.
Energie ist eine Eigenschaft von Objekten, die auf andere Objekte übertragen oder in verschiedene Formen umgewandelt werden kann, aber weder geschaffen noch zerstört werden kann. Organismen verwenden Energie, um zu überleben, zu wachsen, auf Reize zu reagieren, sich fortzupflanzen und für alle Arten von biologischen Prozessen. Die in den Molekülen gespeicherte potenzielle Energie kann in chemische Energie umgewandelt werden, die schließlich in kinetische Energie umgewandelt werden kann, die es einem Organismus ermöglicht, sich zu bewegen. Letztendlich wird der größte Teil der von Organismen verbrauchten Energie in Wärme umgewandelt und verpufft.
Kinetische Energie
Die Energie, die mit sich bewegenden Objekten verbunden ist, wird kinetische Energie genannt. Wenn sich zum Beispiel ein Flugzeug im Flug befindet, bewegt es sich sehr schnell durch die Luft und verrichtet dabei Arbeit, um seine Umgebung zu verändern. Die Düsentriebwerke wandeln die potenzielle Energie des Treibstoffs in die kinetische Energie der Bewegung um. Eine Abrissbirne kann einen großen Schaden anrichten, auch wenn sie sich langsam bewegt. Eine ruhende Abrissbirne kann jedoch keine Arbeit verrichten und hat daher keine kinetische Energie. Eine rasende Kugel, ein gehender Mensch, die schnelle Bewegung von Molekülen in der Luft, die Wärme erzeugt, und elektromagnetische Strahlung, wie z. B. Sonnenlicht, haben alle kinetische Energie.
Potentielle Energie
Was ist, wenn dieselbe bewegungslose Abrissbirne mit einem Kran zwei Stockwerke über ein Auto gehoben wird? Wenn sich die schwebende Abrissbirne nicht bewegt, ist dann Energie mit ihr verbunden? Ja, die Abrissbirne hat Energie, weil die Abrissbirne das Potenzial hat, Arbeit zu verrichten. Diese Form der Energie wird als potentielle Energie bezeichnet, weil es für das Objekt möglich ist, in einem bestimmten Zustand Arbeit zu verrichten.
Objekte übertragen ihre Energie zwischen potentiellen und kinetischen Zuständen. Während die Abrissbirne bewegungslos hängt, hat sie \text{0%} kinetische und \text{100%} potentielle Energie. Sobald die Kugel losgelassen wird, nimmt ihre kinetische Energie zu, da sie an Geschwindigkeit gewinnt. Gleichzeitig verliert der Ball an potenzieller Energie, wenn er sich dem Boden nähert. Andere Beispiele für potenzielle Energie sind die Energie von Wasser, das hinter einem Staudamm gehalten wird, oder die Energie einer Person, die kurz vor einem Fallschirmsprung aus einem Flugzeug steht.
Chemische Energie
Potentielle Energie ist nicht nur mit dem Ort der Materie verbunden, sondern auch mit der Struktur der Materie. Eine Feder auf dem Boden hat potentielle Energie, wenn sie zusammengedrückt wird, ebenso wie ein Gummiband, das gespannt wird. Das gleiche Prinzip gilt für Moleküle. Auf chemischer Ebene haben die Bindungen, die die Atome der Moleküle zusammenhalten, potenzielle Energie. Diese Art von potenzieller Energie wird als chemische Energie bezeichnet, und wie alle potenzielle Energie kann sie genutzt werden, um Arbeit zu verrichten.
Chemische Energie ist zum Beispiel in den Benzinmolekülen enthalten, die zum Antrieb von Autos verwendet werden. Wenn sich das Benzin im Motor entzündet, werden die Bindungen in den Molekülen aufgebrochen, und die freigesetzte Energie wird zum Antrieb der Kolben verwendet. Die in chemischen Bindungen gespeicherte potenzielle Energie kann genutzt werden, um Arbeit für biologische Prozesse zu verrichten. Verschiedene Stoffwechselprozesse spalten organische Moleküle auf, um die Energie freizusetzen, die ein Organismus zum Wachsen und Überleben benötigt.
