An einigen Stellen im Blog wird der Energieerhaltungssatz erwähnt. Dieser besagt, dass Energie allgemein gesprochen weder erzeugt noch vernichtet werden kann. Wenn wir vom „Energieverbrauch“ reden, meinen wir eigentlich, dass wir eine bereit gestellte Energieform in eine andere umsetzen. In Summe über alle Energieformen bleibt die Energie dabei immer konstant. Das gilt erst mal für das gesamte Universum und ist so zunächst unpraktisch.
Deswegen führt man dazu das Modell des abgeschlossenen Systems ein. Damit wird eine Umgebung gemeint, die keinen Austausch relevanter Energie mit der Außenwelt hat. Wenn ich z. B. einen verlustarmen Schwingkreis betrachte, kann ich davon ausgehen, dass die einzigen Energieformen, die ich betrachten muss, die im elektrischen Feld des Kondensators und die des magnetischen Felds in der Spule sind. Alle anderen sind irrelevant. Der Schwingkreis ist also ein abgeschlossenes System, wenn ich nur sein elektromagnetisches Feld betrachte. Dieser Ansatz bringt uns dann zur Thomson’schen Schwingkreisformel.
Damit diese Energieerhaltung wirklich überall funktioniert, muss auch wirklich alles als Energie beschrieben werden können. Z. B. lassen sich Geschwindigkeit, Höhe im Feld der Erdanziehung und auch Masse der Materie in Energie umrechnen.
Für uns ist neben der Energie aus der Stromversorgung und die in den elektromagnetischen Feldern noch die Wärme wichtig. Aber wir reden nur selten von Energie. Meist interessieren uns Leistungen viel mehr. Auch im Blog wird von der Energieerhaltung gesprochen, dann aber letztlich nur mit Leistungen gerechnet. Wann darf ich also aus der Energieerhaltung eine Leistungserhaltung ableiten? Das geht dann, wenn die betrachteten Energieformen zu keinem Zeitpunkt für unser abgeschlossenes System gewissermaßen unsichtbar gespeichert und dann später wieder freigesetzt werden. Für die Fälle, die wir hier betrachten, ist das immer der Fall. Betrachten wir z. B. das elektromagnetische Feld bei der Freiraumausbreitung ist das Feld zu jedem Zeitpunkt vorhanden. Da wir bei der Freiraumausbreitung die effektive Leistung betrachten, muss man dabei „Zeitpunkt“ etwas großzügiger als eine Periodendauer betrachten.
Um nur ein Beispiel zu nennen, wo das nicht der Fall ist, schauen wir uns einen Akkulader an. Das Ladegerät stellt eine Leistung zur Verfügung, mit der der Akku geladen wird. Und wenn der Akku dann geladen ist, scheint sie erst mal „weg“ zu sein. Ich kann am geladenen Akku nirgends eine Leistung messen. Erst wenn er einen vorher nicht definierten Zeitraum später wieder gebraucht wird, gibt der Akku seine gespeicherte Energie an den Verbraucher ab. Wo war die Energie nun in der Zwischenzeit? Der Akku speichert sie in Form von chemischer Bindungsenergie.
Um mit einem abgeschlossenen System zu rechnen, muss man also darauf achten, wirklich alle beteiligten Energieformen zu betrachten. Und um mit Leistungen zu rechnen, muss man darauf achten, dass nirgends Energie gespeichert wird.