Ist das ein Perpentuum-Mobile? Oder woher kommt die Energie ?

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7 Antworten

Jeder versucht in seiner Jugend mal, ein Perpetuum mobile zu bauen oder zu berechnen oder zu erfinden.

Leider liegt es nicht in des Menschen Macht, die Physik neu zu erfinden.
Das Perpetuum mobile wird nie und durch keine Trickserei möglich sein!

Deine Rechnung hat x grobe "Rechnungsfehler", bzw. absolut unnerlaubte Vernachlässigungen.
Denk schon nur an die Reibung, an all die Geräte, die niemals 100% Wirkungsgrad haben, an das inhomogene Gravitationsfeld, zusätzlich zu den erwähnten Wärmeabstrahlungen.

Die Energie kommt also von nirgends her.
Falls man das Ding überhaupt "starten" könnte, würde es innert kürzester Zeit wieder "stillstehen".

Hoffnungslos.


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die idee an sich ist nicht verkehrt, aber leider wird das so nichts, denn egal was du anstellst, die brennstoffzelle wird nicht genügend energie liefern, um die benötigte Menge an wasserstoff aufzuspalten.

schon alleine, weil sich das Wasser beim Elektrolysevorgang zwangsweise erwärmt. kein wunder, wenn man strom duch fließen lässt...

lg, Anna

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Hallo Robin,

ohne deine Rechnung überpruft zu haben: Es ist kein Perpetuum Mobile. Damit deine Versuchsanordnung funktioniert, müssen Wasserstoff und Sauerstoff am Ort der Elektrolyse gegen einen erhöhten Druck entstehen, denn dieser muss die Gase ja gegen das Gravitationsfeld der Erde nach oben heben: Was glaubst du, warum die Erdatmosphäre in 900 km Höhe praktisch nicht mehr anzutreffen ist?

Damit verändert sich die Aktivität der entstehenden Gase, und nach der Nernst-Gleichung somit auch das Elektrodenpotential. Du wirst also für die Elektrolyse eine um den Energiezuwachs durch die Elektrolyse im Himmel erhöhte Energiemenge benötigen (das wird sich im Versuchsaufbau an einer erhöhten Spannung im Vergleich zum drucklosen Versuchsaufbau niederschlagen).




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Kommentar von 97robin97
31.12.2015, 16:29

Bei der Elektrolyse entsteht ja ein Druck der das Gas auch nach oben Drückt, ja klar wird dadurch mehr strom für die Elektrolyse gebraucht, aber das kann man zum teil mit mehr höhe überbrücken , oder in dem mann die Leitungen mit einem anderen Gas Füllt die eine Geringere Masse als Wasserstoff beziehungsweise Sauerstoff haben und es wird dadurch nach oben steigen. 

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Kommentar von FreundGottes
31.12.2015, 19:24

Stimmt, richtige Antwort. Die Berechnung des Fragenstellers für die zur Elektrolyse benötigte Energie gilt nur für Normaldruck. 

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Kommentar von indiachinacook
31.12.2015, 20:23

Diese Antwort ist meiner Meinung nach die richtige.

Als Ergänzung füge ich ein paar Berechnungen mit der barometrischen Höhenformel hinzu. Die gilt bekanntlich für ideale Gase, und beschreibt wie der Druck mit der Höhe abnimmt.

Dein Prozeß setzt voraus, daß dort, wo die Brennstoff­zelle steht, ein Druck von ca. 1 bar herrscht, damit Du die Brennstoff­zelle mit der üb­lichen Energie­­bilanz betreiben kannst. Jetzt kannst Du die baro­metri­schen Höhen­formel nehmen, um aus­zurech­nen, wie hoch der Druck am Boden (also 900 km tiefer) sein muß. Wenn ich mich nicht ver­rechnet habe, dann kommen 10⁴⁵ (zehn hoch fünf­undv­ierzig) bar heraus — für den Ort, an dem Deine Elektrolyse­zelle stehen muß.

Natürlich gibt es kein Gas, dass 10⁴⁵ bar Druck haben kann — es wird lange vorher zum nicht­idealen super­kriti­schen Fluid werden. Wenn man die Zahl grob als Aktivität betrachtet, kann man sie immer noch in die Nernst-Gleichung einsetzen, um die Zer­setzungs­spannung des H₂O abzuschätzen. Ich habe das jetzt nicht durchgerechnet (muß man auf Einheiten aufpassen und so), aber das sollte einen Beitrag von ein paar Volt zur Spannung liefern, und damit ist klar, daß Deine Rechnung baden geht.

Intuitiv ist das auch ganz klar: Du willst die Gravitation ausnutzen, um zusätzlich zur elektro­chemischen auch noch eine mechani­sche Energie­quelle aufzutun. Aber leider wirkt die Gravitation an mehr als nur einer Stelle in den Gleichungen, und und ver­semmelt Dir Deine elektro­chemi­schen Potentiale so, daß Du in Summe nichts gewinnen kannst.

Die Natur ist konsistent und läßt sich nicht überlisten — wenn Du ein perpetuum Mobile bauen willst, brauchst Du die All­gemeine Relativitäts­theorie, in der die Energie­erhal­t­ung tatsächlich nicht mehr gilt. Aber die ist mathe­matisch sehr an­spruchs­voll, und techno­logisch noch mehr.

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Auch hier erweist sich wieder einmal: Es gibt keine dummen Fragen; nur dumme Antworten - siehe unten. Warum fällt Luft nicht auf den Boden wie ein Stein?
Die Größe, welche hier die entscheidende Rolle spielt, ist die FREIE Energie F ; diese berechnet sich aus

E = innerer Energie

S = Entropie

T = absoluter Temperatur

zu

      F := E - T S        ( 1 )

Eine beliebte Fangfrage aus dem Vordiplom. Angenommen du hast eine Kammer von dem Volumen V ; und in der Mitte sei die selbe durch einen Schieber getrennt. Links befindet sich ein ideales Gas; und rechts befinde sich Vakuum ( NTV verstieg sich Tatsache zu der Behauptung, die Mondatmosphäre bestehe aus Vakuum. Da war unsere 11mc mit ihrem Witzwort von der " relativen Mondfeuchte " noch originell gegen. )
Jetzt ziehst du die Trennwand weg; das Gas expandiert in die rechte Hälfte. Um wie viel kühlt es ab? Antwort: gar nicht.
Ein ideales Gas vermag innere Energie nur zu speichern als Temperatur; Temperatur = durchschnittliche Energie pro Molekül .
Der ===> 2. Hauptsatz besagt ja: In einem abgeschlossenen System kommt es zum ===> Wärmetod ; die Entropie kann nur zunehmen.
Nicht so ===> isoterme Systeme, die ja deshalb isoterm sind, weil sie mit einem ( quasi ) unendlichen Termostaten verbunden sind.
Du irrst, wenn du glaubst, etwa Pressluft besitze eine innere Energie, die von ihrem Druck her stammt. Bei isotermer Prozessführung ändert sich E in ( 1 ) nicht; siehe die Fangfrage. T war als konstant voraus gesetzt; Entropie S ist ein Maß für Unordnung und nimmt ergo a tergo zu, wenn das Gas expandiert.
Ein näherer Abgleich mit dem 2. Hauptsatz lehrt nun Folgendes. Wenn du die Pressluft beispielsweise zwingst, ein Gewicht zu heben. Dann entspricht die Erhöhung der potenziellen Energie der Masse genau der Verringerung der freien Energie deines Gases.
D.h. freie Energie ist Reden " als ob " Es wird matematisch so transformiert, als wenn die Druckluft Energie gespeichert hätte.
In Wirklichkeit entstammt diese Hubarbeit - wir entsinnen uns des Termostaten - der Wärmeenergie des Universums oder der Erde.
Dies nur die ideal umkehrbare Prozessführung; du könntest ja Pressluft auch expandieren lassen, ohne dass sie Arbeit verrichtet. Dann allerdings nimmt ihre freie Energie IRREVERSIBEL um den selben Betrag ab; und genau darin äußert sich der 2. Hauptsatz.
( Offene ) isoterme Systeme streben nicht nach einem Minimum der INNEREN , sondern der freien Energie.
Jeder Stein fällt auf den Boden, weil dann die INNERE Energie gewinnt.
Jedes Gas nimmt jeden zur Verfügung stehenden Raum ein,weil dann die ENTROPIE gewinnt.
Vielleicht solltest du deine Betrachtung in folgendem Sinne korrigieren; Phase 1: Die Knallgaserzeugung.
Hier kennste den? Ich war in Kl. 3 schon das Chemiewunderkind mit den Kenntnissen von Kl. 10. Erwähnt unser Lehrer Knallgas; in welchem Zusammenhang, ist mir längst entfallen. die Klasse hört nicht auf zu grölen, weil alle verstanden haben " Knattergas " . . .
Lehrer Schmandt sagt Stickstoff; sein Nachbar hätte Stickstoffdünger. Der selbe Fez; die volksmassen verstehen " Stinkstoff " . . .
Also das Knallgas perlt hoch unter Atmosphärendruck p ; aber gerade der Wert von p spielt doch überhaupt keine Rolle. Jetzt betrachtest du eine Röhre; und das Knallgas hebt hydrauilisch quasistatisch eine Masse m . Die genaue Größe dieser Masse hängt natürlich ab von der hydraulischen Gleichgewichtsbedingung

       p A = m g         ( 2 )

        also A die Querschnittsfläche des Rohrs. wie du sicher weißt, ist die gesamte von dem Knallgas verrichtete Hubarbeit

        W = p V         ( 3 )

       und JETZT denke an die ideale Gasgleichung

           W = p V = n R T        ( 4 )

     ehrlich gesagt; ich überlege mir das alles in dem Augenblick, wo ich schreibe. Wieder was dazu gelernt. D.h. es kürzt sich alles raus bis auf die Temperatur; Geometriedaten gehen überhaupt nicht ein. Ein unmissverständlicher Hinweis, dass diese Energie keiner Stromquelle entstammt, sondern dem ( quasi unendlichen ) Wärmevorrat der Umgebung.
Ach noch ein intressanter Hinweis. Die Wasserspaltung läuft ja nicht freiwillig ab; daraus schließen wir, dass wir freie Energie in das System hinein stecken. Dann müsste aber der Aufwand an elektrischer Energie unvergleichlich höher sein als der Gewinn unter ( 4 )
Natürlich müssen wir auch den Schwerpunkt der Gassäule anheben; das dürfte aber vernachlässigbar sein gegen die Masse m.
Phase 2 ; die Brennstoffzelle. Und das Ding hast du dir nicht richtig überlegt; die willst du doch an das obere Ende der Röhre anschließen. Jetzt kehren sich beide Prozesse praktisch um.
Mit einem Stempel musst du jetzt die Gassäule von Unten durch die Zelle schieben; wir wollen uns vorstellen, dass in der Zelle eine ideale Umsetzung statt findet. Am oberen Ende der Zelle soll also wieder Wasser raus kommen, ohne dass es zu " Exploditionen " kommt ( Meine Oma hat meiner Mutter dieses Wort streng verwiesen; ich musste nur dieses Wort sagen. Herrlich konnte man Mammi damit ärgern . . . )
Jetzt gibt es aber einen Pferdefuß. Der Stempel muss ja abermals die Hubarbeit W erbringen; es sei denn, du machst alles noch komplizierter und kühlst die Brennstoffzelle. Wie man beim Kühlen genau vorzugehen hätte, darüber müssten wir uns dann doch nochmal etwas ausführlicher unterhalten.
Hier wird nämlich keine Masse mehr gehoben ( mit Ausnahme vielleicht von dem Wassertropfen, den du nachher durch die Turbine laufen lassen willst. )
Oh Schande; die Energie in der turbine stammt gar nicht aus einer elektrischen Energieversorgung, sondern aus dem Stempel . . .
Die Sache droht immer ineffektiver zu werden. Wie du siehst, kannst du eine beliebig große Menge an nutzloser Wärme in nutzbare Arbeit zurück verwandeln. warum? Weil ein Medium, z.B. das Knallgas, dafür stellvertretend seine Entropie vergrößert.
Du hast nämlich nicht bedacht, dass Wasser eine wesentlich höhere Dichte hat als Knallgas. Warum ist ein Gas bereit, freiwillig sein Bestreben aufzugeben, jeden Raum auszufüllen? Warum kondensiert es lieber zur Flüssigkeit?
Denk an die freie Energie; weil der hohe Verlust an innerer Energie ausreichend verlockend erscheint. Deine Hubarbeit geht nämlich in jedem Falle wieder als nutzlose Wärme an die Umgebung zurück; hier das kennst du doch. Warum explodiert Knallgas?
Weil
1) die innere Energie als nutzlose Wärme abgegeben wird
2) Dieser Energiebetrag die Abnahme der Entropie in dem Wassertropfen bei Weitem überwiegt und
3) alle Zerstörungen im Laufe einer Explosion die Entropie zusätzlich erhöhen.

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Dann  bau doch ein solches Gerät. Wenn es funktioniert, ist dir der Nobelpreis sicher.

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Kommentar von 97robin97
31.12.2015, 16:17

Das Problem ist eine Bauhöhe von knapp 900 Km

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Das Problem ist eine Bauhöhe von knapp 900 Km

Das ist nur das geringste deiner Probleme. ;-)

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Nein, man kann Energe nicht aus dem Nichts gewinnen (höchstens Masse umwandeln).

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Kommentar von 97robin97
31.12.2015, 16:13

Was ist es dann? oder woher kommt die Energie dann?

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