Joule, Kalorie & Co. Was ist eigentlich Energie?

Transkript

1 Joule, Kalorie & Co. Was ist eigentlich Energie? Dr. Dr. Max-Planck-Institut für Physik

2 Energie in den Schlagzeilen Energieverbrauch Energie sparen Energieverlust Energieverschwendung Energieressourcen Erneuerbare Energien 2

3 Alles Quatsch! 3

4 Energieerhaltungssatz Energie kann weder erzeugt noch vernichtet werden! (Die Gesamtenergie in einem geschlossenen System ist konstant.) 4

5 Aber 5

6 Energieformen Energie kann von einer Form in eine andere umgewandelt werden! Welche Energieformen gibt es und wie werden sie genutzt? 6

7 Experimente Bewegungsenergie (kinetische Energie) Bewegungsenergie (kinetische Energie) Wärmeenergie Lageenergie (potentielle Energie) Verformungsenergie Bewegungsenergie (kinetische Energie) Mit freundlicher Genehmigung elektromagnetische Energie chemische Energie ( Licht ) 7

8 Die Energiezeitalter Bewegungsenergie erzeugt Bewegungsenergie betreibt mechanische Maschinen Mit freundlicher Genehmigung des Deutschen Museums Chemische Energie (Verbrennung) erzeugt Bewegungsenergie betreibt mechanische Maschinen Mit freundlicher Genehmigung x x x erzeugt Elektrische Energie betreibt elektrische Maschinen 8

9 Das Stromzeitalter 9

10 Strom Der Alleskönner Bewegung Wärme Licht Chem. Energie 10

11 Wirkungsgrad Wirkungsgrad = nutzbare Energie aufgewendete Energie Verbraucher Industrie 11

12 Verbraucher! Energieverbrauch Wattzahl! Watt Einheit der Leistung Energie Leistung = Zeit! Wattstunde Einheit der Energie! Energie sparen = weniger Leistung 12

13 Industrie! Effizienz höherer Wirkungsgrad weniger aufgewendete Energie für gleiche nutzbare Energie! Energie sparen = weniger Primärenergie! Energieressourcen = Menge der vorhandenen Primärenergie! Energieverlust = Menge der nicht nutzbaren Energie (z.b. Abwärme) 13

14 Welche Primärenergiequellen gibt es? 14

15 Windkraft kinetische Energie (Bewegungsenergie) Mit freundlicher Genehmigung von Dynamo Generator elektrische Energie 15

16 Wasserkraftwerk Mit freundlicher Genehmigung von Dipl.-Ing. Matthias Popp potentielle Energie (Lageenergie) 16

17 Solarkraftwerk Mit freundlicher Genehmigung von elektromagnetische Energie (sichtbares Licht) 17

18 Verbrennungskraftwerk chemische Energie elektrische Energie Bewegungsenergie Wärmeenergie chemische Energie 18

19 Kernkraftwerk Kernenergie Was ist Kernenergie? 19

20 1905 Die Geburt einer Formel E = m. c 2 Energie und Masse sind äquivalent. 20

21 Und was bedeutet Äquivalenz? 21

22 Moderne Physik Die 4. Dimension Aus dem 3-dimensionalen Raum wird eine 4-dimensionale Raumzeit Geschwindigkeit v = Aus der Weg s Zeit t 3-dimensionalen (Bewegungs-) Energie wird eine 4-dimensionionale Energie-Masse!" x!!!!# y!! $ z!!!!!! % t!!" p!! # x!! " p $ y!!" p!! % z!!!! & m! 22

23 Masse ist auch eine Form von Energie! Man kann Masse und Energie ineinander umwandeln! 23

24 Seltsame Kern-Welt 1 kg Äpfel 938 MeV (Proton) + 1 kg Birnen 2 kg Obst MeV (Neutron) 1878 MeV (Deuteron) Massendefekt 1876 MeV (Deuteron) Das Ganze ist weniger als die Summe der Teile! Kernfusion Kernspaltung 24

25 Kernpotentiale Fusion Spaltung Coulombwall Tunneleffekt 25

26 Bindungsenergien! 1 ev (Elektronvolt) ist die Bewegungsenergie, die ein Elektron (Ladung 1 e) hat, wenn es eine Spannung von einem Volt (1 V) durchlaufen hat.! MeV Mega = 10 6 = 1 Million! GeV Giga = 10 9 = 1 Milliarde! TeV Tera = = 1 Billion ev MeV GeV TeV Chemie Kernenergie LHC 1 kg Kohlenstoff 10 kwh 1 kg Uran kwh 26

27 Kernkraftwerk Kernenergie = Masse = Bindungsenergie Kernenergie Atomenergie! Physik Chemie 27

28 Geht es auch umgekehrt? Können wir aus Energie Masse erzeugen? 28

29 Das Rezept! Man nehme 2 Protonen (ca GeV)! Beschleunige sie auf ~ Lichtgeschwindigkeit riesige Bewegungsenergie (bis zu 7 TeV)! Man bringe sie zur Kollision! Ergebnis: z.b. 2 Top-Quarks (ca GeV)! Man benötigt: Die größte Maschine der Welt! 29

30 Einladung Einsteins Erben Aus Energie mach Masse Mo, :00 Max-Planck-Institut für Physik Föhringer Ring München Anmeldung: anmeldung@muenchner-wissenschaftstage.de 30

31 6 Semester Physik in 30 Minuten Da steh ich nun, ich armer Tor, Und bin so klug als wie zuvor! Johann Wolfgang von Goethe 31

32 6 Semester Physik in 30 Minuten Energie? Da geht mir ein Licht auf! 32

33 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Vielen Dank an die Lehrwerkstatt Metall des Max-Planck-Instituts für Physik! 33