Wieso kann der Wirkungsgrad einer Maschine nie über 100% betragen?
Wieso?
5 Antworten
Wegen Energieerhaltung.
Eine Maschine kann höchtens so viel Energie nutzen, wie ihr zur Verfügung gestellt wird. Der Wirkungsgrad, also der Quotient E[nutz]/E[zu] ist daher immer höchtens 1, da E[nutz] ≤ E[zu].
Der Wirkungsgrad kann nicht größer als 1 sein. Woher soll denn die zusätzliche Energie kommen, welche genutzt werden soll, wenn man diese nicht irgendwie zuführt? Aber der Wirkungsgrad kann kleiner als 1 sein. Das passt insofern zur Energieerhaltung, dass keine Energie einfach varschwindet, aber ein Teil der zugeführten Energie ungenutzt (beispielsweise meist in Form von Wärme) von der Maschine an die Umgebung abgegeben wird. Daher kann die genutzte Energiemenge kleiner sein als die zugeführte Energiemenge.
Aus dem Energieerhaltungssatz folgt, dass der Betrag der Nutzenergie nie größer sein kann als der Betrag der zugeführten Energie. Dies bedeutet, dass der Wirkungsgrad eines Energiewandlers nicht größer als 1 sein kann.
Damit gilt: Der Wirkungsgrad kann nicht größer als 100% sein.
Das ist auch bei "Wärmepumpen" so, obwohl dort für z.B. 4kWh Heizenergie nur 1kWh Strom zugeführt werden muss. Die "restliche Energie" ist zwar kostenfrei, wird jedoch der Umgebung entzogen und ist in der Umgebung in Form von (kostenloser)"Wärmeenergie" vorhanden.
Meinst du ...100% betragen oder wirklic über 100% betragen?
Das hängt beides damit zusammen, dass immer irgendwo Reibung auftritt. SOmit geht die Energie in Wärmeenergie über.
Genauer gesagt, schau dir die Hauptsätze der Thermodynamik an.
- ΔU = Q+W bedeutet (einfach erklärt): Wenn du irgendwo Arbeit reinsteckst, kommt automatisch Wärme raus.
- Wärme fließt immer vom Wärmeren zum Kälteren. Es wird nie passieren, dass eine 80°C heiße Dampfmaschine noch mehr Wärme aufsaugt, um noch mehr Leistung zu produzieren!
Energie geht weder verloren noch kann sie aus dem Nichts erzeugt werden (Gesetz von der Erhaltung der Energie).
Wenn eine Maschine Energie von einer Form in eine andere umwandelt, sind darum nicht mehr als 100 % möglich. Ein Elektromotor wandelt elektrische Energie in mechanische Energie (Rotation) um. Dabei gibt es Verluste wie beispielsweise durch Reibung und Magnetisierung. Die Verluste werden schlussendlich zu Wärmeenergie, darum ist der Wirkungsgrad an nutzbarer mechanischer Energie praktisch immer unter 100 %.
Mehr Energie (über 100 %) würde einem (bekanntlich unmöglichen) Perpetuum Mobile entsprechen.
Erster Hauptsatz der Thermodynamik: Energieerhaltung bezüglich der inneren Energie, der mechanischen Energie und Wärme.
https://de.m.wikipedia.org/wiki/Erster_Hauptsatz_der_Thermodynamik