Auch beim Energieerhaltungssatz zeigen sich grundlegende Schwächen: Der Energiesatz ist bekannt, doch nur wenige Schülerinnen und Schüler sind in der Lage, quantitative Schlussfolgerungen bei einfachen mechanischen Prozessen der Energiewandlung zu ziehen. Erfragt wurden die Bewegungsenergie sowie die Lageenergie beim Fall eines Balls in Prozenten der Ausgangsenergie. Die Höhe des Ausgangs- und Endzustands wurde so gewählt, dass eine prozentuale Angabe leicht errechnet werden kann.

Die Lageenergie wird von knapp 50 Prozent der Lernenden ab der Klasse 10 richtig angegeben. Dagegen ist lediglich ein Drittel der Elftklässler in der Lage, die Bewegungsenergie prozentual zu beziffern, obwohl sich beide nach dem Energieerhaltungssatz vollständig ergänzen.

Energieentwertung, Wirkungsgrad und Wertigkeit von Energie

In einer engen Beziehung zum physikalischen Wissen stehen technische Aspekte des Themas Energie. Ein gewisses Verständnis der Energieentwertung, des Wirkungsgrads und der Wertigkeit von Energie ist notwendig, um zahlreiche alltägliche Prozesse zu durchschauen. Dazu sollten die Schülerinnen und Schüler folgende Behauptungen als richtig oder falsch bewerten:

• Ein Bügeleisen wandelt elektrische Energie nahezu vollständig in Wärme um.
• Ein Kühlschrank wandelt elektrische Energie nahezu vollständig in Kälte um.
• In einem Kohlekraftwerk wird die Energie der Kohle nahezu vollständig in elektrische Energie umgewandelt.

Nur im einfachen Fall des Bügeleisens, bei dem praktisch eine vollständige Wandlung der elektrischen Energie in Wärme gelingt, fallen die Antworten überwiegend richtig aus. Dass sowohl Kraftwerk als auch Kühlschrank Abwärme erzeugen und damit einen eingeschränkten Wirkungsgrad besitzen, erkennen nur 30 bis 40 Prozent der Jugendlichen, wobei ein merklicher Lernzuwachs in der Klasse 11 erreicht wird.

Technische Grundlagen der elektrischen Energieübertragung unzureichend

Technische Grundlagen der elektrischen Energieübertragung sind nur unzureichend gegeben. Das belegt auch folgendes Beispiel:

Das Kreuz hätten die Schülerinnen und Schüler in der Transformatoraufgabe bei "falsch" setzen müssen, denn die Leistung bleibt gleich. Für die Hochspannungsleitung ist "richtig" die korrekte Antwort. Doch vor allem Neunt- und Zehntklässler scheitern. Erst in Klasse 11 tritt ein erkennbarer Lernerfolg auf. Man muss demnach folgern, dass junge Menschen, die nach Klasse 10 die Schule verlassen, keine klare Idee von grundlegenden Konzepten der elektrischen Energieübertragung besitzen, die eine zentrale Säule der Energieversorgung bildet.