Frage von Holtmayer, 102

Wechselstromgenerator mit Elektromotor für ein perpetuum mobile Generator verbinden - könnt Ihr mir helfen?

Unser Lehrer spannt uns mit dieser Frage auf die Folter. Wir sitzen hier zu dritt und kommen nicht auf die Lösung. Naja Ausgangspunkt war der. Wir verbinden einen Wechselstromgenerator mit einem Elektromotor. Dieser erzeugt Wechselstrom. Mit dem Wechselstrom kann der Wechselstromgenerator betrieben werden. Natürlich ist es leicht verlusstbehaftet. Dennoch argumentiert unser Lehrer damit, dass gerade so immernoch mehr Strom erzeugt werden kann, als verbraucht wird. Natürlich kann das Prinzip perpetuum mobile nicht funktionieren. Wir kommen einfach nicht auf die Lösung. Unser Lehrer meinte, dass dies eigentlich relativ einfach wäre. Nun will er uns bis nächste Woche auf die Folter spannen. Ich bitte euch deshalb um Hilfe. Ich hoffe auf gute Antworten. Mit freundlichen Grüßen Holt

Hilfreichste Antwort - ausgezeichnet vom Fragesteller
von rolle216, 37

Verluste bei diesem Aufbau:

1. Der durch den Wechselstromgenerator erzeugte Strom erzeugt selbst ein Magnetfeld, das dem ihn erzeugenden Magnetfeld (der Permanentmagneten auf dem Rotor) gemäß Lenzscher Regel entgegenwirkt. Dadurch kommt wohl der weitaus größte Verlust zustande.

2. Alle beteiligten elektrischen Leiter haben einen endlichen elektrischen Widerstand, was zu Wärmeverlusten führt.

3. Die Rotoren des Elektromotors und des Wechselstromgenerators sind nicht reibungsfrei gelagert, was wiederum zu Wärmeverlusten führt.

Kommentar von Franz1957 ,

Punkt 1 verstehe ich nicht. Wieso und wohin soll dadurch Energie verloren gehen?

Kommentar von rolle216 ,

Ich gebe zu: Das habe ich ziemlich ungenau/unvollständig formuliert. Die Verluste kommen durch die durch die Lenzsche Regel bedingten Wirbelströme in allen möglichen elektrisch leitenden Bauteilen des Generators zustande (in Verbindung mit dem elektrischen Widerstand, was zu Wärmeverlusten führt),

Antwort
von dompfeifer, 27

Ich vermute, dass Euch Euer Lehrer auf das Glatteis führt mit dem diffusen Begriff "Stromverbrauch". Dem Wortsinne nach lässt sich Strom doch gar nicht "verbrauchen"! Wir können Strom erzeugen in dem Sinne, dass wir Ladungsträger (z.B. Elektronen) in Bewegung setzen. Wenn wir nun diese Bewegung irgendwie "verbrauchen" sollten, dann müssten wir die Bewegung "zerstören". Wie sollte das praktisch gehen? Im wörtlichen Sinne können wir nie so viel Strom "verbrauchen" wie wir produzieren. Dann wäre ja die Stromstärke genau null. Und dann ist nichts "produziert" und nichts "verbraucht". Nun versuchen wir das einmal im übertragenen Sinne.

Im praktischen Alltag meinen wir mit "Stromverbrauch" den abrechenbaren Energieumsatz, genauer gesagt die Energie-Entwertung. Wir wandeln dabei teure elektrische Energie in meistens nutzlose Wärme. In diesem Sinne ist bei Eurer Aufgabe der Motor der "Stromverbraucher" und der Generator der "Stromerzeuger". Wenn man das Aggregat ohne spitzfindige technische Ergänzung in Bewegung setzt, dann ist die "erzeugte" Elektroenergie genau gleich der "verbrauchten" (d.h. gewandelten) Elektroenergie. Also suchen wir nach einer Spitzfindigkeit:

Wir setzen das Generator-Motor-Aggregat mit einer Handkurbel in Bewegung und zweigen einen Teil der generierten Elektroenergie ab in einen Energiespeicher! Das könnte z.B. ein Akkumulator sein oder ein Stausee (potentielle Energie). Nun produziert der Generator "mehr Strom" im Sinne von Energieveredelung (sprich Elektrifizierung) als der Motor "aufnimmt", weil wir eine mechanische Leistungszufuhr und eine elektrische Leistungsabzweigung zu einem Energiespeicher gebaut haben. Die gespeicherte Energie entspringt einer "Stromerzeugung", die (als Energie) insgesamt größer ist als der "Stromverbrauch" des Motors alleine.

Ich hoffe, dass bei der Aufgabenstellung eine Energiezufuhr (hier mechanische Energie über die Handkurbel) nicht ausdrücklich ausgeschlossen ist. Darauf kommt es vermutlich an!



Expertenantwort
von Franz1957, Community-Experte für Physik, 24

Es kann nicht funktionieren, weil ein Naturgesetz es nicht zuläßt: der Energieerhaltungssatz.

Energie kann nicht erzeugt und nicht vernichtet, sondern nur in verschiedene Energieformen umgewandelt werden.

Siehe hier... https://www.lernhelfer.de/schuelerlexikon/physik/artikel/energieerhaltungssatz

Kommentar von Franz1957 ,

Da nun bei Eurer Maschine ständig ein Teil der umlaufenden elektrischen und mechanischen Energie zu Wärmeenergie wird, nimmt zwangsläufig die elektrische und mechanische Energie ab. Eine Zurück-Umwandlung der Wärmeenergie in mechanische oder elektrische Energie ist in Eurer Maschine nicht vorgesehen, und sie könnte auch nie ganz funktionieren. Denn das verbietet ein zweites Naturgesetz: Der Zweite Hauptsatz der Thermodynamik.

Was das konkret für Maschinen bedeutet, sagt das Carnot-Prinzip. Kurz gesagt bedeutet es, daß man Wärme nie wieder zu 100% in andere Energieformen umwandeln kann. Deshalb spricht man, wenn in Maschinen Energie zu Wärme wird, von "irreversiblen" (unumkehrbaren) Vorgängen. Die zu Wärme gewordene Energie zählt man meistens als "Verlust", denn sie ist zwar nicht weg, aber man kann sie auch mit der raffiniertesten Technik nie wieder ganz zurückholen.

Für Eure Maschine heißt das: Auch wenn sie überhaupt laufen sollte, wird sie warm, "verliert" dadurch Energie, wird langsamer und bleibt irgendwann mit absoluter Sicherheit stehen.

Schau mal hier: http://www.leifiphysik.de/themenbereiche/energieentwertung

Antwort
von Aliha, 46

Der Lehrer soll euch dieses Konstrukt einmal vorführen, wenn es funktioniert, ist er reif für den Physiknobelpreis. Ein Perpetuum mobile ist eine physikalische Unmöglichkeit da bei jeder Energieumwandlung ein Teil der Energie in Form von frei diffundierender Wärme in die Umgebung abgegeben wird.

Kommentar von Holtmayer ,

Er weiß ja, dass es nicht funktioniert. Er kennt ja auch die Antwort warum es nicht gehen kann. Doch er wollte uns bis nächste Woche auf die Folter spannen, da der Unterricht zuende war. Ich danke dir dennoch für deine überaus hilfreiche Antwort. 

Antwort
von wollyuno, 25

normal geht es nicht,wäre aber nett wenn du uns die lösung schreibst was der lehrer erzählt

Antwort
von Zamon, 33

Natürlich ist es leicht verlusstbehaftet

und

Dennoch argumentiert unser Lehrer damit, dass gerade so immernoch mehr Strom erzeugt werden kann, als verbraucht wird.

widersprechen sich.  Entweder keine Verluste, oder immer weniger Stromfluss & niedrigere Spannung. Folglich tut das nicht. Und wenn mans umtransformiert, dass der Stromfluss höher wird, sinkt die Spannung -> trotzdem Leistungsverlust.

Antwort
von Wechselfreund, 30

Im Motor fließt Strom durch die Leitungen, die dadurch warm werden. Diese Energie "fehlt", um wider die gleiche Generatorleistund zu haben.

Kommentar von wollyuno ,

du vergisst die abwärme des generators und die reibungsverluste in den lagern,das kommt noch dazu

Kommentar von Wechselfreund ,

War nur ein Aspekt...

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