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Energieerhaltungssatz

Bei chemischen Reaktionen entstehen nicht nur neue Stoffe, es finden auch Energieumwandlungen statt. Der Energieerhaltungssatz erklärt, dass die Gesamtenergie eines abgeschlossenen Systems immer gleich bleibt – Energie kann umgewandelt, aber weder erschaffen noch vernichtet werden. Klingt spannend? Erfahre mehr über Energieformen und ihre Umwandlungen in der Chemie, sowie die Bedeutung des Energieerhaltungssatzes.

Alle Inhalte sind von Lehrkräften & Lernexperten erstellt
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Die Autor*innen
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André Otto
Energieerhaltungssatz
lernst du in der Unterstufe 3. Klasse - 4. Klasse

Energieerhaltungssatz Übung

Du möchtest dein gelerntes Wissen anwenden? Mit den Aufgaben zum Video Energieerhaltungssatz kannst du es wiederholen und üben.
  • Definiere den Begriff der Energie.

    Tipps

    Wofür kann Energie verwendet werden?

    Lösung

    Energie wird im alltäglichen Sprachgebrauch oft benutzt. Es ist aber ein sehr abstrakter Begriff, der schwer greifbar ist. In der Physik wird Energie als die Fähigkeit, Arbeit zu verrichten definiert. Mit Energie kann man also Körper bewegen, etwas aufheizen oder Strom fließen lassen. Wir sind ständig von Energie umgeben und tragen diese auch in uns.

  • Bestimme die vorherrschende Energieform.

    Tipps

    Wenn man auf einen Berg steigt, gewinnt man an Höhe. Welche Energieform wird damit erhöht?

    Was macht Kohle so energiereich? Wie ist die Energie in ihr gebunden?

    Lösung

    Beim Feuer ist eine Energieumwandlung von chemischer Energie, die im Holz steckt, in Wärme- und Lichtenergie zu beobachten. Beim Besteigen eines Berges erhöht man seine eigene potentielle Energie, da man sich weiter vom Zentrum der Schwerkraft entfernt. In der Kohle ist chemische Energie gebunden, die über Jahrmillionen in ihr konzentriert wurde. Beim Fussballspielen benutzen wir die chemische Energie aus unserem Essen, um kinetische (Bewegungs-)Energie zu erzeugen. In einer Batterie wird durch chemische Reaktionen chemische Energie in elektrische umgewandelt.

  • Begründe, warum man von Energieverlust spricht, obwohl der Energieerhaltungssatz gilt.

    Tipps

    Energie geht bei Maschinen unter anderem durch Reibung „verloren“.

    Reibe deine Hände schnell für 5 Sekunden aneinander. Was bemerkst du dabei an deinen Handflächen?

    Was besagt der Energieerhaltungssatz? Dieser kann dir bei der Beantwortung helfen.

    Lösung

    Bei allen mechanischen Prozessen gibt es Reibung, dadurch wird Energie, die eigentlich einem anderen Zweck dienen soll, in Wärmeenergie umgewandelt.

    Dies ist auch bei einer Glühbirne der Fall. Elektronen passieren einen dünnen Draht im Vakuum der Glühbirne. Diese Elektronen stoßen an die Atome innerhalb des Drahts. Es entsteht Reibung und der Draht beginnt zu glühen. Dabei leuchtet der Draht auf, aber es entsteht auch eine beträchtliche Wärme.

    Dies passiert auch, wenn wir uns bewegen. Im Muskel selbst entsteht Reibung als Nebenprodukt der kinetischen Energie, die wir erzeugen wollen. Dadurch wird uns bei intensivem Sport sehr warm und wir fangen an zu schwitzen.

  • Gib an, welche Energieumwandlung stattfindet.

    Tipps

    Welche Energie möchte man erhalten, wenn man ein Feuer anzündet?

    Welche Form von Energie ist in einer Batterie gespeichert?

    Lösung

    Man macht sich viele Formen der Energiespeicherung zunutze, zum Beispiel in Form der Batterie. Hier wird durch eine chemische Reaktion die chemische Energie der Bestandteile der Batterie in elektrische Energie umgewandelt.

    Das Butterbrot wurde in seiner Höhe angehoben. Dadurch hat sich seine potentielle Energie erhöht. Fällt es nun herunter, wird diese potentielle Energie in kinetische umgewandelt. Die Geschwindigkeit des Brotes nimmt also zu, bis es den Boden erreicht und wieder auf Null abgebremst wird. Beim Aufprall wird die kinetische Energie übrigens auch weiter umgewandelt. Sie wird zu Wärmeenergie und durch Verformung vom Brot aufgenommen.

  • Formuliere den Energieerhaltungssatz.

    Tipps

    Was geschieht mit der Energie, die du durch Nahrung zu dir nimmst?

    Lösung

    Der Energiegehalt des gesamten Universums ist konstant. Alle Energie, die war und je sein wird, existiert also auch in diesem Moment. Diese Energie kann aber ihre Erscheinungsform ändern.

    So wird die Licht- und Wärmeenergie der Sonne von den Pflanzen in chemische Energie umgewandelt. Somit ist fast alle Energie, die wir auf der Erde nutzen, gespeicherte Sonnenenergie.

  • Berechne die potentielle Energie der Katze auf dem Baum.

    Tipps

    Warum hat die Katze auf dem Baum eine höhere potentielle Energie als auf dem Boden?

    Welche sind die Formelzeichen für Masse und Höhe?

    Lösung

    Eine Katze mit 4 kg Gewicht klettert auf einen 3 m hohen Ast. Die Katze hat auf dem Baum eine bestimmte Energie. Diese wird als potentielle Energie bezeichnet. Dadurch, dass sie auf den Baum geklettert ist, hat sie Arbeit an sich selbst verrichtet. Diese ist nun in Form der gewonnenen Höhe gespeichert. Würde sie von dem Baum springen, würde diese Energie wieder in Form von kinetischer Energie frei werden.

    Die Anhebung eines Körpers ist also eine Form der Energiespeicherung. Diese Energie kann dann bei Bedarf abgerufen werden.

    $E(pot) = 4~kg\cdot 9,81 \frac{m}{s^2} \cdot 3~m $

    $E(pot) = 117,72~Nm$