DIE GESAMTMENGE DER ENERGIE IM UNIVERSUM IST IMMER GLEICH, SIE KANN ABER WÄHREND EINES PROZESSES VON EINEM ENERGIESPEICHER IN EINE ANDERE FORM UMGEWANDELT WERDEN

1.1 Beschreibung des naturwissenschaftlichen Konzepts

Energie geht nicht verloren – sie kann sich aber in verschiedene Arten umwandeln

Prozesse oder Ereignisse brauchen Energie, damit sie überhaupt passieren. Energie kann nicht erzeugt oder zerstört werden. Aber sie kann in verschiedener Weise von einem Körper auf einen anderen übertragen werden. Manche Arten der Energie sind für uns einfach zu benutzen, wie Strom. Mit anderen Energiearten können wir weniger anfangen, wie z.B. mit einem Teil der Energie, der durch die Verbrennung fossiler Brennstoffe freigesetzt wird.

Objekte oder Materialien können durch Energiezufuhr auf verschiedene Art und Weise verändert werden. Sie können bewegt werden z.B. durch Ziehen oder Schieben. Erhitzen kann zu Veränderungen führen, wie beim Kochen oder Schmelzen. Strom bringt Glühbirnen zum Leuchten. Der Wind dreht die Windräder.

Bei all diesen Veränderungen wird Energie von einem Objekt auf ein anderes übertragen. Brennstoffe wie Öl, Gas, Kohle und Holz sind Energiequellen. Einige Energiequellen kann man immer wieder anzapfen, wie den Wind, die Wellen, das Sonnenlicht und die Gezeiten. Sie heißen erneuerbar. Andere Energiequellen wie fossile Brennstoffe sind nicht erneuerbar.

Energieübertragung

Objekte können Energie speichern. Das geht zum Beispiel durch ihre chemische Zusammensetzung (wie in Brennstoffen und in Batterien). Energie kann aber auch durch Bewegung, Temperatur oder die Position der Objekte gespeichert werden. Energie kann durch das Hochheben eines Objektes gespeichert werden. Wenn das Objekt losgelassen wird und nach unten fällt, verwandelt sich diese Energie in Bewegung. Wenn ein Objekt erwärmt wird, hat es mehr Energie, als wenn es kalt ist. Ein warmes Objekt erwärmt seine Umgebung mit kühleren Objekten, bis alle Objekte die gleiche Temperatur erreichen. Wie schnell das geschieht, hängt von der Art des warmen Objekts ab und von dem was zwischen den Objekten ist (Wärmeleiter oder Wärmeisolierer). Eine Batterie speichert Energie über die Chemikalien in ihr. Die Energie wird freigesetzt, wenn die Batterie angeschlossen ist, sodass ein elektrischer Strom fließt. Dadurch wird die Energie auf die anderen Komponenten im Stromkreis und auf die Umgebung übertragen. Energie kann auf verschiedene Arten übertragen werden: durch Strahlung, als mechanische Kraft, als Schall in Luft oder als Licht in Luft und Vakuum.

Viele Prozesse und Phänomene – vom Wachstum der Pflanzen bis zum Wetter – können als Energieaustausch beschrieben werden. Die Übertragung von Energie führt fast immer dazu, dass Energie breiter verteilt wird. Der Prozess kann nicht umgekehrt werden und die Energie der Bewegung von Partikeln, also Wärme, kann nicht so leicht wiederverwendet werden.

Energie kann nicht erzeugt oder zerstört werden. Wenn Energie von einem Objekt auf andere übertragen wird, bleibt die Gesamtmenge an Energie im Universum gleich. Die Menge an Energie, die ein Objekt verliert, gewinnen andere. Wenn die Sonne die Erde erwärmt, verliert die Sonne allmählich Energie durch die Strahlung, die die Erde und die anderen Planeten aufwärmt. Die Masse der Atome ist eine Form gespeicherter Energie, auch Kernenergie genannt. Radioaktive Atome geben diese Energie z.B. als Wärme frei.

Energiebedarf

Weltweit steigt die Nachfrage nach Energie. Das liegt zum einen daran, dass es immer mehr Menschen gibt. Ein weiterer Grund ist der moderne Lebensstil, der sich immer mehr durchsetzt. Aus diesen Gründen wird die elektrische Energie benötigt. Fossile Brennstoffe, die häufig in Kraftwerken und Generatoren eingesetzt werden, sind nicht erneuerbar. Außerdem trägt ihre Verbrennung zur globalen Erwärmung und zum Klimawandel bei. Daher sollten wir andere Wege zur Stromerzeugung finden, die Nachfrage senken und die vorhandene Energie effizienter nutzen.

1.2 Was ist für Grundschülerinnen und Grundschüler bereits erfahrbar?

Für Grundschüler ist der folgende Teil dieser „Big Idea“ bereits erfahr- und nachvollziehbar: Objekte oder Materialien können auf verschiedene Art und Weise verändert werden. Sie können bewegt werden: ein Auto kann z.B. gezogen, ein Ball gerollt oder ein Wagen geschoben werden. Erhitzen kann zu Veränderungen führen: Wasser wird durch Kochen zu Wasserdampf, Eiswürfel schmelzen zu Wasser, wenn jeweils Wärme hinzugefügt wird. Strom bringt Glühbirnen zum Leuchten. Wind dreht Windräder.

Bei all diesen Veränderungen wird Energie von einem Objekt auf ein anderes übertragen (vom Kind auf das Auto, den Ball oder den Wagen; von der Herdplatte auf das Wasser im Topf). Brennstoffe wie Öl, Gas, Kohle und Holz sind Energiequellen. Einige Energiequellen kann man immer wieder anzapfen, wie den Wind, die Wellen, das Sonnenlicht und die Gezeiten. Sie heißen erneuerbar. Andere Energiequellen wie fossile Brennstoffe sind nicht erneuerbar.