Die wichtigsten Unterschiede zwischen dem alltäglichen Energiebegriff und dem Energiebegriff in der Physik haben wir jetzt kennen gelernt.

Doch es fehlt noch ein besonders wichtiger Unterschied: Im Alltag spricht man davon, dass Energie „erzeugt” oder „verbraucht” wird – in Wirklichkeit kann man Energie aber nicht „herstellen” oder „vernichten”.

Energie nimmt – innerhalb eines abgeschlossenen Systems – nie ab (Energieerhaltungssatz). Sie wird immer nur umgewandelt.

Energie ist daher eine große Verwandlungskünstlerin. Immer, wenn Arbeit verrichtet wird, wandelt sie sich von einer Energieform in eine andere um. Daher existiert die Energie in zahlreichen Erscheinungsformen. Ein Beispiel: Wenn man mit dem Fahrrad zur Schule fährst, verwandelt sich z. B. chemische Energie in den Muskeln zu Bewegungsenergie.

Eine ganz spezielle Form der Energieumwandlung ist übrigens die zwischen Masse und Energie, die bei allen Kernreaktionen eine Rolle spielt.

Das, was in der Physik ein "abgeschlossenes System" genannt wird, kann man sich wie den Raum unter einer Glasglocke vorstellen, durch die keine Energie hinein und hinaus dringen kann.

Dann gilt: Die gesamte Energie unter der Glasglocke bleibt immer erhalten, egal, was darunter passiert – auch, wenn sie in unterschiedliche Energieformen umgewandelt wird. Das ist die Kernaussage eines der wichtigsten Sätze der Physik, des "Energieerhaltungssatzes" oder "Ersten Hauptsatzes der Thermodynamik". Das Universum stellt vermutlich ein solches abgeschlossenes System dar.

Weil bei solchen Umwandlungsprozessen immer ein Teil der Energie in thermischer Energie umgewandelt (als Wärme abgeführt) wird und sich unter der Glasglocke verteilt, herrscht darin irgendwann (unter Umständen nach sehr langer Zeit) überall die gleiche Temperatur. Man nennt das den „Wärmetod des Systems”. Die Energie ist dann aber nicht „aufgebraucht”, sondern nur ganz gleichmäßig in der Glasglocke verteilt. Es gibt keine wesentlichen Energieunterschiede mehr, so dass keine Arbeit mehr geleistet werden kann.

Es gibt zahlreiche Energieformen, z. B.:

• thermische Energie (potenzielle und kinetische Energie von Teilchen)
• Bewegungsenergie (kinetische Energie)
• Lageenergie (potenzielle Energie)
• chemische Energie
• elektrische Energie
• Energie in elektromagnetischen Feldern (Strahlungsenergie)
• Energie aus Kernbindungen

Diese Energieformen treten ständig im Alltag auf.

Überall und ständig wird Energie von einer Form in die andere umgewandelt. Eine der größten Energieumwandlungsmaschinen ist die Erde selbst. Energie, die zum Beispiel bei Vulkanausbrüchen frei wird, wird umgewandelt in Bewegungsenergie, wenn Steine rollen, in Strahlungsenergie (Licht) und in thermische Energie.

Eine viel kleinere Energieumwandlungsmaschine ist jede Topfpflanze: Sie verwandelt Energie aus dem Sonnenlicht (das aus elektromagnetischen Wellen besteht) in chemische Energie.

Welche Energieformen werden in den folgenden Beispielen ineinander umgewandelt?

Ziemlich viel Energie steckt in der gegenseitigen Bindung der Elementarbausteine in den Atomkernen, den Neutronen und Protonen. Diese Kernbindungsenergie wird bei der Kernspaltung und bei der Kernfusion genutzt.

E = mc² – diese Formel haben wir bestimmt alle schon mal gesehen. Albert Einstein hat sie so ähnlich in einem Nachtrag zu seiner „Speziellen Relativitätstheorie” von 1905 veröffentlicht. Die Formel besagt, dass Energie und Masse (also Materie) äquivalent sind – Masse ist also eine andere Form der Energie und beides lässt sich ineinander umwandeln. Zum Beispiel im Kernreaktor: Die Spaltprodukte eines gespaltenen Urankerns haben zusammengenommen eine geringere Masse als der ganze Urankern. Die Massen-Differenz wird als Energie frei.

Der Faktor, der Energie und Masse verknüpft, ist die Lichtgeschwindigkeit c – und die ist ganz schön groß (Licht bewegt sich mit etwa 300.000 Kilometer pro Sekunde). Das ist der Grund dafür, dass schon sehr wenige Gramm Masse einer riesigen Menge an Energie entsprechen.