5. – 6. Schuljahr

Franziska Detken und Maja Brückmann

Wo ist die Energie hin?

Energieentwertung im Anfangsunterricht

Beim Skaten in der Halfpipe, beim Skifahren oder auch beim Drachensteigen machen Kinder unbewusst und spielerisch Erfahrungen, die mit dem Energiekonzept beschrieben werden können. Ausgehend von diesen Alltagserfahrungen kann im Unterricht ein Verständnis für das Energiekonzept aufgebaut werden (vgl. [1]).
Leider widerspricht jedoch das grundlegende physikalische Prinzip der Energieerhaltung unserer Alltagserfahrung, denn im Alltag kommen die meisten Prozesse ohne stete Energiezufuhr zum Erliegen [3]. Indem man die Energieformen unter dem Aspekt ihrer Nutzbarkeit betrachtet, kann eine Brücke zwischen den Erfahrungen aus dem Alltag und der Grundidee der Energieerhaltung geschlagen werden:
  • Bei der Umwandlung von einer Energieform in eine andere oder beim Transport von Energie wird immer ein Teil der Energie in eine häufig „weniger erwünschte Energieform umgewandelt, z.B. thermische Energie oder Schall. Es kann also nicht die gesamte Anfangsenergie so genutzt werden, wie ursprünglich vorgesehen.
  • Einige Energieformen, wie elektrische Energie, Bewegungsenergie, Lageenergie, chemische Energie, können gut genutzt werden: Diese Energieformen können fast vollständig in andere Energieformen umgewandelt werden.
  • Andere Energieformen, wie die thermische Energie, entstehen als Zwischenprodukt oder am Ende einer Energieumwandlung. Thermische Energie verteilt sich schnell in der Umgebung und kann häufig nicht räumlich begrenzt gespeichert werden. Dies bedeutet, dass diese Energie für weitere Ener-gieumwandlungen nicht mehr direkt zur Verfügung steht.
Der beobachtete „Energieverbrauch bzw. „Energieverlust kann also als eine Nicht-mehr-Nutzbarkeit oder Entwertung einer noch immer vorhandenen Energie umgedeutet werden [2].
In Kasten 1 sind einige Fragen aufgeführt, mit denen im Unterricht vonseiten der Schülerinnen und Schüler zu rechnen ist.
Schülerfragen zur Energieentwertung: didaktische Anregungen
Schülerfragen zur Energieentwertung: didaktische Anregungen
Warum „verbrauchen wir Energie? Warum hören Bewegungen von selbst auf?
Man kann nie die gesamte Energie nutzen, es geht immer ein Teil „verloren. Dies bedeutet, sie geht nicht in die erwünschte Form über, sondern wird z.B. in thermische Energie umgewandelt. Bewegungen kommen irgendwann zum Stillstand.
Beispiele und Alltagserfahrungen:
  • Fahrrad, Skateboard, springender Ball, Schaukel
  • Man muss regelmäßig essen.
  • Im Winter heizt man das Haus dauerhaft.
Wo geht die fehlende Energie hin?
Die „Verluste hängen von den beteiligten Körpern (insb. Material) ab. Sie können bei mechanischen Prozessen mit dem Phänomen Reibung in Verbindung gebracht werden.
Beispiele und Alltagserfahrungen:
  • Ball, schiefe Ebene
  • Man kann räumlich eingrenzen, wo die Energie „verloren wurde, und die Größe des Verlusts durch die Wahl der Materialien beeinflussen.
Welche Form hat die fehlende Energie?
Durch Reibung wird ein Teil der Energie in thermische Energie umgewandelt. Die beteiligten Körper werden wärmer. Auch bei anderen Prozessen, z.B. bei der Umwandlung von elektrischer Energie, kann Erwärmung beobachtet werden.
Hier sollten auch andere Entwertungsprozesse wie eine brennende Kerze gezeigt werden, um die Entwertung nicht ausschließlich mit Reibung in Verbindung zu bringen.
Beispiele und Alltagserfahrungen:
  • Bremsversuche oder Körper stark aneinander reiben und dabei Erwärmung spüren.
  • Andere Beispiele, bei denen thermische Energie entsteht, sind z.B. Verbrennungsmotor, Computer, Glühbirne.
Was ist typisch für thermische Energie? Warum ist thermische Energie weniger gut nutzbar?
Thermische Energie ist häufig weniger gut nutzbar als andere Energieformen, denn sie hat die Tendenz, sich schnell in der Umgebung zu verteilen: Temperaturunterschiede gleichen sich aus. Thermische Energie kann man gut nutzen, wenn sie genau dem Zweck dient, eine Umgebung zu erwärmen, so...

Weiterlesen im Heft

Vorteile im Abo

Exklusiver Online-Zugriff auf die digitalen Ausgaben der abonnierten Zeitschrift
Print-Ausgabe der abonnierten Zeitschrift bequem nach Hause
Zusatzvorteile für Abonnenten im Online-Shop genießen