Physik Test über Umwelt,Wirkungsgrad,Kraftwerke und Energie?

4 Antworten

Man nehme einen beliebigen Prozess, in dem du Energie E_in hineinstecken musst und hinterher ein bestimmter Energieanteil nutzbar E_nutz wird.

Der Wirkungsgrad ist dann schlicht:

W = E_in/E_nutz

Nehnen wir als Beispiel ein Kohlekraft. Der besagte Prozess wäre die Verbrennung von Kohle. In der Kohle ist chemische Energie gebunden, sagen wir treffen z.B. E_chem = 1000 J. Bei der Verbrennung wird diese Energie nutzbar gemacht. Das Kraftwerk kann also eine bestimmte Menge (nutzbare) elektrische Energie E_elek erzeugen.

Ein gewisser Teil der Energie wird aber auch z.B. zu Wärme, die nicht nutzbar ist. Es gilt also:

E_chem = E_elek + E_wärme

und damit

E_chem > E_elek

Der Wirkungsgrad ist wie gesagt die nutzbare Energie geteilt durch die hineingesteckte und somit:

W = E_elek/E_chem

Da E_chem wie oben beschrieben kleiner ist als E_elek, wird der Wirkungsgrad kleiner als 1 sein.

Da eine Energieumwandlung aufgrund thermodynamischer Grundprinzipien niemals völlig Verlustfrei sein kann, wird der Wirkungsgrad in aller Regel kleiner als 1 sein.

Es ist aber nicht völlig ausgeschlossen, dass der Wirkungsgrad in Ausnahmefällen größer als 1 wird, da man E_in auch so definieren kann, dass nicht alle Energiearten berücksichtigt werden. Bei Fusionsreaktoren beispielsweise, wo man Energie in gewisser Hinsicht kostenlos erhält, dabei wird aber wie gesagt Energie in Form.von Masse etwas vernachlässigt.

Woher ich das weiß:Studium / Ausbildung – Promoviere im Fachbereich Physik in Heidelberg.

Der Wirkungsgrad ist der Quotient von abgegebener Energie und aufgewendeter Energie in einer Energieumwandlung. Der Wirkungsgrad ist immer kleiner als 1, da eine Umwandlung völlig ohne Verluste technisch nicht möglich ist.

Beispiel: Ein Kohlekraftwerk produziert Strom, indem Kohle verbrannt, damit Wasser verdampft und mit dem Dampf eine Turbine angetrieben wird. Die Turbine dreht einen Generator, der Strom erzeugt.

Du hast also mehrere Umwandlungen: chemische Energie in thermische Energie, in kinetische Energie, in elektrische Energie. Man kann jetzt den Wirkungsgrad jeder einzelnen Stufe betrachten (oder noch feiner untergliedern), oder man kann das ganze Kraftwerk betrachten.

Merke:Jede Energietechnischeanlage kann durch einen "schwarzen Kasten" ersetzt werden!

es stellen sich folgende Fragen:

1) Wievile Energi wird vorne zugeführt "Ezu"

2) wieviel Energie wird hinten abgeführt (umgewandelte Energie) "Eab"

3) wie hoch sind die Verluste an Energie "Everl"

Daraus berechnet sich der Wirkungsgrad

Merke:Der Wirkungsgard n ist ein Gütegrad für eine "EnergietechnischeAnlage".

n=Eab/Ezu hat den Wert zwischen 0 bis 1

oder als Prozentzahl n=Eab/Ezu*100%

außerdem gilt Ezu=Eab+Everl

mit Pzu=Ezu/t und Pab=Eab/t und Pverl=Everl/t

ergibt sich der Wirkungsgrad aus der Leistung

n=Pab/Pzu

und Pzu=Pab+Pverl

theoretisch kann ein Wirkungsgrad von 1 erreicht werden,was aber in der praxis noch nie gelungen ist.

Das wäre dann eine Energietechnischeanlage, die Energie von einer Form in eine andere Form umwandelt und das ohne Verluste.

Das wäre dann ein "Perpetuum mobile 2.ter Art"

Einige Wirkungsgrad (Anhaltswerte)

Benzinmotor PKW 35%

LKW-Diesel 40%

Dampfmaschine 15%

Elektromotor 95%

Elektrizitätskraftwerk 45%

Laut Siemens soll eine GUD-Anlage 55% erreicht haben.

GUD ist ein Kombination aus Gasturbine und Dampfturbine (Kraftwerk).

Definition: Energie ist Arbeitsvermögen!Führt man einer Arbeitsmaschine Energie zu,so verrichtet diese Arbeit!

Die Enheit der Energie und die Einheit der Arbeit ist somit gleich.

Beispiel Energiegehalt von Brennstoffen, aus dem Physik-Formelbuch:

Steinkohle 29300 KJ/kg (Kilojoule pro Kilogramm)

Holz trocken 15 KJ/kg

Braunkohle 8400-14700 KJ/kg

Holzkohle 31000 KJ/kg

gasförmige Stoffe

Methan 35900 KJ/m^3 (Kilojoule pro Kubikmeter)

Wasserstoff 10800 KJ/m^3

Propan 93400 KJ/m^3

flüssige Brennstoffe

Benzin 42000 KJ/kg

Benzol 40000 KJ/m^3

Dieselöl 42700 KJ/kg

Heizöl 41000 KJ/kg

Diese Werte ist der "untere Heizwert" hu

Der "obere Heizwert" ergibt sich , wenn man das Abgas herunterkühlt,bis auf 0° Celsius (ist dann im Normzustand 0° p=101,325 KPa (kilopascal)

oberer Heitzwert=unterer Heizwert + Energie im Abgas

für die Umwelt gilt:

je schlechter der Wirkungsgrad n (je kleiner , um so schlechter), um so mehr wird Verlustenergie (Abwärme) an die Umwelt abgegeben.

Frage:"Was macht ein Autofahrer hauptsächlich"?

Antwort:"Er heizt die Umwelt auf"! Wegen n=35% 75% werden als Abwärme an die Umwelt abgegeben.

Schlußwort:

Es gibt wertvolle Energie - elektrische Energie-und weniger wertvolle Energie-Wärmeenergie.

elektrische Energie ist deshalb wertvoll,weil diese durch einen Elektromotor ,n=95%,in mechanische Arbeit umgewandelt werden kann.

Die Energie in Steinkohle ist weniger wervoll,weil diese nur zu n=45% in Kraftwerken in elektrische Energie umgewandelt werden kann.

Woher ich das weiß:Studium / Ausbildung – hab Maschinenbau an einer Fachhochschule studiert

Geh mal von der Dualität Ursache und Wirkung aus! Eine Größe oder einen Fakt kann man nie beurteilen, wenn man keinen Bezugspunkt hat!

Ein Energieobjekt hat immer einen Eingang und einen Ausgang. Der Ausgang wird immer niedriger liegen als der Eingang. Ein Wirkungsgrad wird in Prozent angegeben, also in Hundertsteln! Damit ist klar, dass die kleinere (Zähler) durch die größere Zahl (Nenner)geteilt wird:

Wirkungsgrad = Ausgangsenergie/Eingangsenergie oder Leistung

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