Energieverluste und der Wirkungsgrad von Energiewandlern

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!

Bei allen Energieumladern wird nur ein Teil der Energie auf den gewünschten Energieträger umgeladen. Der Rest wird immer auf Wärme umgeladen. Je größer der gewünschte Anteil, desto besser funktioniert der Energieumlader (wandler). Der Wirkungsgrad liegt zwischen 0% und 100%, er gibt an, wie groß der gewünschte Anteil ist. Jeder Energieumlader (umwandler) hat einen Kühlausgang, durch den ungenutzte Wärme abgeleitet wird.

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.

Energieumlader (-wandler)	Wirkungsgrad ca.	Energieabgabe mit (Energieform)
Pflanze	35%	Holz, Körner,... (chemische Energie)
Solarzelle	18%	Elektrizität (elektrische Energie)
Kernkraftwerk	33%
Kohlekraftwerk	35%
Windkraftanlage	50%
Wasserkraftwerk	85%
Generator (Fahrrad-Nabendynamo)	85% (60%)	Elektrizität (elektrische Energie)
Lautsprecher	0,3%	Bewegung (Bewegungsenergie)
alter Dampfmotor ("Dampfmaschine")	5%
Mensch	30%
Benzinmotor	35%
Elektromotor	95%
Glühlampe	4%	Licht (Lichtenergie)
Energiesparlampe	16%
LED	20%
Glühwürmchen	90%
Gasheizung	85%	Wärme (Wärmeenergie)
Elektroheizung	100%

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)