Energieverluste und der Wirkungsgrad von Energiewandlern: Unterschied zwischen den Versionen

Aktuelle Version vom 19. November 2024, 22:04 Uhr

Einführung und Beispiele

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  Beim Rennen wird es einem ganz schön heiß. (Video: Mensch als Kraftmaschine)

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  Zucker kann aber auch außerhalb des Menschen verbrannt werden.

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  Bei der "Tin Lizzie" war der Kühler noch gut sichtbar.

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  Aber auch alle neueren Autos haben vorne einen Kühler.

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  Kraftwerke werden häufig in der Nähe von Flüssen oder am Meer gebaut. (Karte)

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  Kohle kann man natürlich auch ohne Kraftwerk in einem Ofen brennen lassen.

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  Das Handrührgerät hat an der Seite eine Reihe von Schlitzen im Gehäuse.

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  Bei einer Bohrmaschine wird durch die Schlitze Luft aus der Maschine herausgeblasen.

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  So sieht die Bohrmaschine Innen aus.

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  So sieht eine elektrische Kochplatte Innen aus.

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  Eine Glühbirne wird so heiß, dass man sich daran verbrennen kann.

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  Eine genauso helle Energiesparlampe wird nicht ganz so heiß.

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  Und eine gleich helle LED-Lampe bleibt ziemlich kalt.

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  Solarzellen haben einen Wirkungsgrad von ca. 15%-20%.

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  Das Blockheizkraftwerk in Freiburg-Vauban nutzt "Kraft-Wärme-Kopplung": Es treibt Strom an und heizt die umgebenen Häuser.

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  Das Energieflussbild zeigt wo die Energie hin geht.

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  Dieser elektrische Heizlüfter hat einen Wirkungsgrad von 100%. Sehr effizient!

Versuch: Der Kurbel-Generator II (Dynamot)

Aufbau

Man dreht den Dynamo, um die Lampe (6V/30W) zum Leuchten zu bringen und jemand schaltet die Lampe an und aus. (Schließt und öffnet den Stromkreis.)
Man fasst mit der Hand an die brennende Lampe.

Beobachtung

Schaltet man die Lampe an, ist es richtig anstrengend die Dynamokurbel zu drehen, schaltet man die Lampe aus, geht es viel leichter, aber man muss immer noch etwas tun, damit sich der Dynamo dreht.
Die Lampe wird ziemlich heiß.

Erklärung

Durch das Kurbeln treibt man den Vorgang an und liefert die dazu nötige Energie. Wird die Lampe angeschaltet, so muß man viel Energie liefen, um sie zu betreiben. Ist die Lampe ausgeschaltet, braucht man nur ein bisschen Energie, um die Reibung innerhalb des Dynamos zu überwinden. Durch die Reibung werden die Zahnräder und Achsen erwärmt, wozu man auch Energie benötigt. Der größte Teil der hineingesteckten Energie wird also benutzt um den Strom anzutreiben, aber ein kleinerer Teil wird dazu verwendet den Dynamo zu erwärmen.
Auch bei der Lampe wird nicht die gesamte Energie des Stroms zum Erzeugen des Lichts verwendet. Ein Teil der Energie wird auch zur Erwärmung der Lampe verwendet.

Von der in den Dynamo hineingesteckten Energie kommen noch 90% mit der Elektrizität bei der Lampe an. Von diesen 90% werden aber nur 5% in das Licht gesteckt: [math]90\% \cdot 5\% = 0{,}90 \cdot 0{,}05 = 0{,}045=4{,}5\%[/math]
Am Ende gehen nur 4,5% der hineingesteckten Energie mit dem Licht aus der Lampe. (Und wohin transportiert dann das Licht die Energie?)

Versuch: Dampfmaschine betreibt Solarzelle

Aufbau

An eine Solarzelle ist ein Elektromotor angeschlossen.
Die Dampfmaschine treibt über einen Generator eine Lampe an.
Man hält die Solarzelle in das Licht der Lampe und in das Licht der Sonne (oder eines Tageslichtprojektors).

Beobachtung

Der Motor dreht sich nur durch das Licht der Sonne (des Tageslichtprojektors).

Folgerung

Das Licht der Lampe transportiert nicht genügend Energie, um den Motor anzutreiben. Die Dampfmaschine erhält aber viel Energie, was man an der schnellen Bewegung des Kolbens und der Räder sehen kann. Es kommt also die Energie nicht vollständig bei der Solarzelle und dem Elektromotor an. Bei jedem Umlader wird ein Teil der Energie auf einen nicht gewünschten Energieträger umgeladen. So geht Energie "verloren".

Wirkungsgrad

Beispiele für Wirkungsgrade^[2].

Fußnoten

1. ↑ Oder: Bei allen Energiewandlern wird nur ein Teil der Energie in die gewünschte Energieform umgewandelt. Der Rest wird immer in Wärmeenergie umgewandelt.
2. ↑ Aus Wikipedia: https://de.wikipedia.org/wiki/Wirkungsgrad#Beispiele Wirkungsgrad
3. ↑ Aus Wikipedia: https://de.wikipedia.org/wiki/Photosynthese#Wirkungsgrad

Links

• Wikipedia: Feuerbohren
  • Video: Survival - schnellster Bogendrill (Feuerbohrer) Feuermachen in 10 min. (youtube: von "Kojote-Akademie Ralf Greiner")
  • Video: Feuerbohren ganz easy - Neue Technik mit doppelter Spindelführung. (youtube: von "Buntbär")
• Ökologischer Fußabdruck von Vegetariern und Fleischessern (ARD: Planet Wissen; Gesellschaft, 19.02.2018)
  • Veganer haben eine gute Ökobilanz (Quelle: Öko-Institut, 2013)
• Elektromobilität und Elektroautos
  • podcast: Quarks Science Cops Folge 35: Die Akte E-Auto: Eine Katastrophe für die Umwelt?
  • Video: Wie umweltfreundlich das Elektroauto wirklich ist (WDR: Quarks)