Das Konzept der Energie (Energieträger und Potential) - Versionsgeschichte

Patrick.Nordmann: /* Energiebedarf eines Hauses mit Ölheizung und Wärmepumpe */

2025-11-12T22:06:01Z

‎Energiebedarf eines Hauses mit Ölheizung und Wärmepumpe

Patrick.Nordmann: /* Energiebedarf eines Hauses mit Ölheizung und Wärmepumpe */

2025-11-12T21:03:45Z

‎Energiebedarf eines Hauses mit Ölheizung und Wärmepumpe

Patrick.Nordmann: /* rollender Wagen */

2025-11-12T09:57:02Z

‎rollender Wagen

Patrick.Nordmann: /* Kochplatte */

2025-11-12T09:47:00Z

‎Kochplatte

Patrick.Nordmann: /* Fahrrad fahren */

2025-11-12T09:38:11Z

‎Fahrrad fahren

Patrick.Nordmann: /* Zusammenfassung: Energie, ihre Träger und das Potential */

2025-08-13T00:38:50Z

‎Zusammenfassung: Energie, ihre Träger und das Potential

Patrick.Nordmann: /* Zusammenfassung: Energie, ihre Träger und das Potential */

2025-08-13T00:36:31Z

‎Zusammenfassung: Energie, ihre Träger und das Potential

Patrick.Nordmann: /* Zusammenfassung: Energie, ihre Träger und das Potential */

2025-08-13T00:34:52Z

‎Zusammenfassung: Energie, ihre Träger und das Potential

Patrick.Nordmann: /* Zusammenfassung: Energie, ihre Träger und das Potential */

2025-08-13T00:33:59Z

‎Zusammenfassung: Energie, ihre Träger und das Potential

Patrick.Nordmann: /* Literatur */

2024-10-03T18:07:40Z

‎Literatur

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 ====Energiebedarf eines Hauses mit Ölheizung und Wärmepumpe====
 Ein Haus, das mit einer Ölheizung auf eine Temperatur von 25°C geheizt wird, hat einen Energiebedarf von 9000 Watt.
+<br>Wie groß ist der Entropieverlust des Hauses?
 Wie groß ist der Entropieverlust des Hauses?
 Berechnung:
 :<math>25^\circ  \,\rm C = 298{,}2 \,\rm K</math>
 :<math>I_E=I_S \, T </math>
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 Das Haus soll statt mit der Ölheizung mit einer Wärmepumpe geheizt werden. Die Wärmepumpe nimmt die Entropie aus der Umgebungsluft.
-Die Temperatur der Luft ist 10°C, die des Hauses 25°C. Das Haus verliert ständig Entropie an die Umgebung, und zwar pro Sekunde 30 Carnot. Damit es seine Temperatur behält, muss die Wärmepumpe diese Entropie ständig nachliefern.
+[[Bild:Energie und Potential Aufgabe Wärmepumpe Haus.jpg|thumb|Eine Wärmepumpe hebt die in der Umgebungsluft vorhandene Entropie auf die höhere Temperatur an.]]
-Wie hoch ist der Energieverbrauch der Wärmepumpe?
+Die Temperatur der Luft ist 10°C, die des Hauses 25°C. Das Haus verliert ständig Entropie an die Umgebung, und zwar pro Sekunde 30 Carnot. Damit es seine Temperatur behält, muss die Wärmepumpe diese Entropie ständig nachliefern.
 Berechnung:
-Da die Wärmepumpe die Temperatur des Hauses nur von 10°C auf 25°C "anhebt", muss man als Potentialdifferenz der Entropie die Temperaturdifferenz, d.h. 15K , betrachten:
+Die Wärmepumpe "hebt" die Entropie von der Umgebungstemperatur von 10°C auf die Raumtemperatur von 25°C an. Dazu muss die Pumpe nur die zusätzliche Energie zum Anheben liefern und nutzt somit die bereits in der Umgebungsluft vorhandene Energie. Die Potentialdifferenz der Entropie beträgt daher 15K:
 :<math>25^\circ \,\rm C - 10^\circ  \,\rm C = 15\,\rm K</math>

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 :<math>\Rightarrow I_S = \frac{I_E}{T} =\frac{9000\,\rm W}{298{,}2 \,\rm K} = 30{,}2\,\rm\frac{Ct}{s}</math>
-Das Haus soll statt mit der Ölheizung mit einer Wärmepumpe geheizt werden. Die Wärmepumpe nimmt die Entropie aus einem vorbeifließendem Bach.
+Das Haus soll statt mit der Ölheizung mit einer Wärmepumpe geheizt werden. Die Wärmepumpe nimmt die Entropie aus der Umgebungsluft.
-Die Temperatur des Wassers im Bach ist 10°C, die des Hauses 25°C. Das Haus verliert ständig Entropie an die Umgebung, und zwar pro Sekunde 30 Carnot. Damit es seine Temperatur behält, muss die Wärmepumpe diese Entropie ständig nachliefern.
+Die Temperatur der Luft ist 10°C, die des Hauses 25°C. Das Haus verliert ständig Entropie an die Umgebung, und zwar pro Sekunde 30 Carnot. Damit es seine Temperatur behält, muss die Wärmepumpe diese Entropie ständig nachliefern.
 Wie hoch ist der Energieverbrauch der Wärmepumpe?
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 :<math>I_E=I_S \, T = 30 \,\rm \frac{Ct}{s} \cdot 15 \,\rm K = 450 \,\rm W</math>
-Das ist nur ein Bruchteil des Energiebedarfs der Ölheizung! Allerdings ist dies nur eine sehr optimistische Überschlagsrechnung. Gerade im Winter dürfte der Bach eine niedrigere Temperatur haben und außerdem treten Energieverluste an der Wärmepumpe auf. Der entscheidende Faktor, der hier unberücksichtigt bleibt, ist aber die Energiequelle der Pumpe. Bezieht diese ihre Energie aus dem Strom eines Kohlekraftwerkes mit einem Wirkungsgrad von 1/3, so muss man den eigentlichen Energiebedarf der Pumpe verdreifachen.
+Das ist nur ein Bruchteil des Energiebedarfs der Ölheizung! Allerdings ist dies nur eine sehr optimistische Überschlagsrechnung. Gerade im Winter dürfte die Luft eine niedrigere Temperatur haben und außerdem treten Energieverluste an der Wärmepumpe auf. Der entscheidende Faktor, der hier unberücksichtigt bleibt, ist aber die Energiequelle der Pumpe. Bezieht diese ihre Energie aus dem Strom eines Kohlekraftwerkes mit einem Wirkungsgrad von 1/3, so muss man den eigentlichen Energiebedarf der Pumpe verdreifachen.
 ====Kochplatte====

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 :<math>E= 800\,\rm N \cdot 500\,\rm m = 400000\,\rm J</math>.
 <br style="clear: both" />
 ==Literatur==

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 :<math>I_E=I_S\,T \quad \text{}</math> oder <math>\text{}\quad \dot E=\dot S \,T</math>
-Um die in einem "warmen" Gegenstand enthaltene Energiemenge zu bestimmen, könnte man sich vorstellen, dass man ihn vom absoluten Temperaturnullpunkt an erwärmt. Während des Erwärmens fließt ständig Entropie und damit auch Energie hinein. Da die Temperatur sich dabei verändert, müßte man einen genauen Entropieverlauf in Abhängigkeit der Temperatur kennen.
+Man stellt einen Topf auf einen Elektroherd und schaltet die Heizplatte an. Zu Beginn verändert sich noch die Temperatur der Platte und des Topfes. Aber nach einer Weile pendeln sich die Temperaturen von Herdplatte und Topf auf die konstanten Temperaturen <math>T_1</math> und <math>T_2</math> ein. Für diesen Fall gilt wieder, dass pro Sekunde die Energiemenge <math>E= S \, T </math> in den Topf fließt.
-−
-Einfacher ist der Fall, dass sich die Temperaturen von Herdplatte und Topf nach einer längeren Zeit auf konstante Temperatur <math>T_1</math> und <math>T_2</math> eingependelt haben. Für diesen Fall gilt wieder, dass pro Sekunde die Energiemenge <math>E= S \, T </math> in den Topf fließt.
 Da jedoch die Temperaturen von Kochplatte und dem Topf (bzw. dem Wasser) unterschiedlich sind, stoßen wir auf eine Besonderheit:

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 :Der Energiedurchsatz oder die Leistung beträgt: <math>I_E = F\, v = 12 \,\rm N \cdot 10 \rm \frac{m}{s} = 120 \rm\frac{J}{s}</math>
 Der Radfahrer strampelt also mit 120 Watt, hauptsächlich um die Luft "anzuschieben".
 <br style="clear: both" />

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 *Bei allen Vorgängen bleibt der Wert, also die Energiemenge, immer gleichgroß:
-:Energie ist eine Erhaltungsgröße<ref name="Emc2">Streng genommen ist die Summe von Energie und Masse eine Erhaltungsgröße. Die Umrechnung zwischen Energie und Masse erfolgt gemäß <math>E=m \,c^2</math> Die Abweichung von einer getrennten Energie- und Masseerhaltung macht sich aber erst bei sehr großen Energiemengen bemerkbar.</ref>, sie kann weder erzeugt, noch vernichtet werden. (Im Gegensatz zum Geld gibt es auch weder Inflation noch Deflation :)
+:Energie ist eine Erhaltungsgröße<ref name="Emc2">Streng genommen ist die Summe von Energie und Masse eine Erhaltungsgröße. Die Umrechnung zwischen Energie und Masse erfolgt gemäß <math>E=m \,c^2</math> Die Abweichung von einer getrennten Energie- und Masseerhaltung spielt aber erst bei sehr großen Energiemengen eine Rolle, wie z.B. bei einer Atombombe oder der Sonne.</ref>, sie kann weder erzeugt, noch vernichtet werden. (Im Gegensatz zum Geld gibt es auch weder Inflation noch Deflation :)
 :Die Energieträger Ladung, Impuls, Masse<ref name="Emc2"/> und Stoffmenge sind auch Erhaltungsgrößen, die Entropie dagegen nicht.

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 *Bei allen Vorgängen bleibt der Wert, also die Energiemenge, immer gleichgroß:
-:Energie ist eine Erhaltungsgröße, sie kann weder erzeugt, noch vernichtet werden. (Im Gegensatz zum Geld gibt es auch weder Inflation noch Deflation :)
+:Energie ist eine Erhaltungsgröße<ref name="Emc2">Streng genommen ist die Summe von Energie und Masse eine Erhaltungsgröße. Die Umrechnung zwischen Energie und Masse erfolgt gemäß <math>E=m \,c^2</math> Die Abweichung von einer reinen Energieerhaltung machen sich aber erst bei sehr großen Energiemengen bemerkbar.</ref>, sie kann weder erzeugt, noch vernichtet werden. (Im Gegensatz zum Geld gibt es auch weder Inflation noch Deflation :)
-:Die Energieträger Ladung, Impuls, Masse und Stoffmenge sind auch Erhaltungsgrößen, die Entropie dagegen nicht.
+:Die Energieträger Ladung, Impuls, Masse<ref name="Emc2"/> und Stoffmenge sind auch Erhaltungsgrößen, die Entropie dagegen nicht.
 *In der Regel ist die absolute Energiemenge eines Trägers uninteressant. Man interessiert sich viel mehr für die Energiemengen, die während eines Vorgangs hinaus- oder hineingehen.

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 ==Literatur==
-*[http://www.physikdidaktik.uni-karlsruhe.de/download/energiebuch.pdf Das Energiebuch] ; Prof. Dr. Gottfried Falk, Prof. Dr. Friedrich Herrmann et al, Schroedel Verlag, Hannover, 1981
+*[https://www.karlsruher-physikkurs.de/kpk_material.html Das Energiebuch] ; Prof. Dr. Gottfried Falk, Prof. Dr. Friedrich Herrmann et al, Schroedel Verlag, Hannover, 1981
 ==Links==