MINT lernen

Rechnen mit Energieformen

Acht Formeln, aber immer derselbe Ablauf: Gegebenes sortieren, Formel wählen, umstellen, mit Einheiten einsetzen. So läuft jedes der acht Kapitel.

1

Einstieg — Acht Formeln — aber immer derselbe Ablauf

Von der Formel zur Zahl: Was in den nächsten acht Unterkapiteln auf dich zukommt.

Acht Energieformen — aber nur ein Rechenweg, und den lernst du hier.

  • Immer derselbe Ablauf:Gegebene Größen nachschauen, Formel wählen, umstellen, mit Einheiten einsetzen, sinnvoll runden.
  • Dieses Kapitel:Es ist nur der Überblick — gerechnet wird in den Unterkapiteln.
  • Ein Unterkapitel:Es behandelt genau eine Energieform, von der Herleitung über Musterrechnungen bis zu eigenen Aufgaben.
  • 2.1 bis 2.5:Diese Unterkapitel sind lehrplanrelevant.
  • 2.6 bis 2.8:Zusatzwissen, im Text mit einem * gekennzeichnet.
Merke

Merke: die Einheit der Energie:

1 J = 1 N · m = 1 W · s

J: Joule — die Einheit, in der jede der acht Formeln am Ende herauskommt.

Probe: Steht am Schluss nicht J da, stimmt etwas an den eingesetzten Einheiten nicht.

Rechenweg: Gegeben und gesucht notieren, Formel wählen, umstellen, mit Einheiten einsetzen, sinnvoll runden.

Probe: Am Ende muss Joule herauskommen, sonst stimmt etwas an den eingesetzten Einheiten nicht.

Überblick — Welche Formel gehört zu welchem Unterkapitel?

Die acht Energieformen im Rechenkapitel
KapitelEnergieformFormelDu brauchst
2.1BewegungsenergieE = ½ · m · v²Masse, Geschwindigkeit
2.2LageenergieE = m · g · hMasse, Höhe
2.3SpannenergieE = ½ · D · s²Federkonstante, Dehnung
2.4Elektrische EnergieE = U · I · tSpannung, Stromstärke, Zeit
2.5KernenergieE = Δm · c²Massendefekt
2.6 *Innere EnergieE = c · m · ΔTMasse, Temperaturänderung
2.7 *Chemische EnergieE = H · mHeizwert, Masse
2.8 *StrahlungsenergieE = h · fFrequenz

Ein Blick in die rechte Spalte verrät dir schon, welche Formel gemeint ist.

  • Höchstens drei:Keine dieser Formeln braucht mehr als drei Größen.
  • Zahlen führen zur Formel:Wenn du weißt, welche Größen gegeben sind, weißt du auch, welche Formel passt.
  • Konstanten:Der Ortsfaktor g = 9,81 N/kg und die Lichtgeschwindigkeit c = 300 000 000 m/s stehen in der Formelsammlung.
  • Nicht gegeben:Konstanten ändern sich nie, deshalb tauchen sie im Aufgabentext nicht auf.
  • Üben:Genau diese Formelwahl trainierst du gleich mit dem Baukasten.
Merke

Welche Formel passt?

Pflicht: Bewegungs-, Lage-, Spann-, elektrische und Kernenergie sind lehrplanrelevant; innere, chemische und Strahlungsenergie (*) sind Zusatzwissen.

Formelwahl: Aus den gegebenen Größen erkennt man die passende Formel; keine braucht mehr als drei Größen.

Konstanten: Der Ortsfaktor \(g=9{,}81\,\mathrm{N/kg}\) und die Lichtgeschwindigkeit \(c=300\,000\,000\,\mathrm{m/s}\) stehen in der Formelsammlung, nicht in der Aufgabe.

Interaktiv: Der Größen-Baukasten

Der schwierigste Schritt beim Rechnen ist nicht das Rechnen, sondern die Formelwahl. Im Baukasten gehst du deshalb den umgekehrten Weg: Du schaust dir an, welche Zahlen in der Aufgabe stehen — und lässt dir zeigen, welche Formeln damit überhaupt funktionieren.

Der Größen-Baukasten

Der Baukasten zeigt sofort, welche Energie sich mit den gegebenen Größen schon ausrechnen lässt.

GEGEBENE GRÖSSEN DAMIT BERECHENBAR
Noch keine Größe gewählt.

Beim Beispiel „LKW" (mit m, v und h) leuchten gleich zwei Zeilen — Bewegungs- und Lageenergie. Genau solche Aufgaben mit zwei Energieformen kommen beim Energieerhaltungssatz. Die drei Zusatzformeln zur chemischen Energie und Strahlungsenergie fehlen hier absichtlich: Sie brauchen Stoffkonstanten, die du erst dort kennenlernst.

2

Wegweiser — Deine acht Unterkapitel

Jedes Unterkapitel ist gleich aufgebaut: Herleitung, Musterrechnung, eigene Aufgaben.

Arbeite die Kapitel am besten der Reihe nach durch.

  • 2.1 und 2.2:Die beiden wichtigsten — sie kommen in fast jeder Klassenarbeit vor.
  • 2.3 bis 2.5:Sie bauen auf den ersten beiden auf.
  • 2.6 bis 2.8:Sternchen-Kapitel zum Überspringen — gedacht für alle, die mehr wissen wollen.
Merke

Aufbau der Unterkapitel

Aufbau: Jedes Unterkapitel behandelt genau eine Energieform mit Herleitung, Musterrechnung und eigenen Aufgaben.

Wichtigste: Bewegungs- und Lageenergie sind am wichtigsten, sie kommen in fast jeder Klassenarbeit vor; innere, chemische und Strahlungsenergie (*) sind freiwillig.

3

Allgemeine Hinweise

Drei Schritte, die du bei jeder Rechnung gleich machst:

Gegeben und gesucht notieren

Gegeben und gesucht aufschreiben — mit Einheit, so wie du es geübt hast.

Erst Formel umstellen

Erst die Formel wählen und umstellen, falls nicht E gesucht ist — danach erst Zahlen einsetzen.

Einheitenprobe am Schluss

Zum Schluss die Einheitenprobe machen: Kommt am Ende wirklich J heraus?

Videos zum Überblick