Was versteht man in der Physik unter Energieentwertung?

4 Antworten

Es geht immer um Produktion von Entropie. Entropie kann man nämlich erzeugen (zum Beispiel Hände reiben, Holz verbrennen), man kann einmal erzeugte Entropie aber nicht mehr vernichten, und da mit der Entropie immer Energie verknüpft ist, ist diese Energie dann quasi für andere Zwecke verloren.

Ein ganz konkretes Rechenbeispiel: Angenommen, durch eine Turbine fließt ein Energiestrom von P = 1000W bei einer Temperatur von T = 500K hinein, der zugehörige Entropiestrom IS ist wegen P = T * IS einfach

IS = P / T = 2 W/K.

Am Ausgang hat die Turbine eine Temperatur von 300K. Damit fließt am Auspuff aus der Turbine ein Energiestrom von P = T * IS = 300K * 2 W/K = 600W heraus.

Wo sind die 1000W - 600W = 400Watt geblieben? Dies ist genau die Energie, welche die Turbine zur Stromerzeugung nutzen kann.

Man könnte jetzt meinen, aus den 1000W kann man nur 400W herausholen, dies ist Energieentwertung, aber genau das ist es nicht, denn in diesem Rechenbeispiel wird keine Entropie erzeugt, es findet keine Entropieentwertung statt, diese ideale Wärmekraftmaschine ist das beste, was man in unserem Universum aus dieser Situation herausholen kann (sogenannter Carnotscher Wirkungsgrad).

Wir nehmen nun ein realistisches Beispiel: Durch Reibungsverluste wird innerhalb der Turbine nun Entropie erzeugt (wie beim Händereiben im Prinzip), sagen wir mal, ein Entropiestrom von IS = 1 W/K. Damit , weil man diese Entropie nie wieder vernichten kann, kommt aus dem Auspuff der Turbine nun ein Energiestrom von

P = T * IS = 300K * 3W/K = 900Watt.

Das bedeutet, dass diese (realistische) Turbine nur einen Energiestrom von

1000W - 900W = 100Watt nutzen kann, statt die 400 Watt der idealen Turbine ohne Entropieerzeugung.

So, und diese 400W - 100W = 300W sind die sogenannte Energieentwertung, quasi Energie, welche durch Reibungsverluste (also Entropieerzeugung) verloren geht.

Oben in der Mitte soll es natürlich Energieentwertung und nicht Entropieentwertung heißen :-)

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Der Betrag der Energie, kann zwar immer gleich sein, aber je nachdem welche Energieform es ist, kann man sie je nachdem nicht mehr gut benutzen.

Elektrische Energie ist die beste Energieform. Die kann kann man (mehr oder weniger in/direkt) in kinetische, potentielle, chemische, Strahlungs und Wärmeenergie umwandeln. (Beispiel: ein Elektromotor kann mit 300.000J Energie direkt ein Auto beschleunigen.)

Mit Wärmeenergie kann man das nicht. Stell einen 1000°C heißen 300kg schweren Stahlklotz hinter ein Auto. Da wird das Auto kein Stück von beschleunigen, obwohl eigentlich dieselbe Energie drinn steckt. (Zahlen stimmen nicht, nur auf den Sinn kommt es an.) Man könnte die Wärmenergie zum Erhitzen von Wasser benutzen und daraus Strom erzeugen. Aber das ist wieder nur ein Umweg über Elektrische Energie.

Ergo: Energie in Form von Strom ist die wertvollste Form der Energie. 

Strom - also der Fluss von Ladungsträgern - ist keine Energie. Elektrische Energie ist im elektrischen Feld gespeichert und am ehesten noch mit der Spannung und Ladung anzunähern - E-el = U*Q (beim Plattenkondensator)

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@MistrF

Ohne jetzt abstreiten zu wollen, das ein elektrisches Feld auch elektrische Energie ist, aber wenn die Spannung (in Kombination mit Ladungsträgern) keine Energieform sei frage ich mich, warum in den Kraftwerken vor dem Generator immer so große Heizkessel und Turbinen stehen. Und was die den ganzen Tag dann machen, wenn nicht Energie zu „produzieren".

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@Vando

Sie wandeln um ;-)
die thermische in mechanische und dann in elektrische - allerdings ist die Energie eine Zustandsgröße - so bald Strom fließt, also ein Vorgang stattfindet, wird die elektrische Energie über Arbeit in eine andere Energieform umgewandelt.
Die el. Energie ist als da, so lang Du den Schalter nicht auf "ein" stellst, ab dann wird sie umgewandelt.

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@Vando

Die Physik ist so ... sonst landet man schnell bei Magnetgeneratoren oder "freier Energie"

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In der Physik gilt im Idealfall (Reibungsfreiheit etc.) die Energieerhaltung der betrachteten Energien. Also z.B. der Energieerhaltungssatz der Mechanik, dass sich meschanische Energien vollständig ineinander umwandeln.
Leider gibt es aber Reibung und er gilt nicht uneingeschränkt.
Es gilt noch immer der allgemeine Energieerhaltungssatz, aber es wird durch die Reibung mechanische Energie in thermische Energie (umgangssprachlich - Wärme) umgewandelt.
Diese ist nun nicht mehr dazu zu gebrauchen den mechanischen Vorgang in gleicher Art weiter auszuführen - somit wurde die Energie "entwertet", da sie für den Vorgang keinen Wert mehr hat.
Bsp.: hüpfender Ball - nur mech. E. - dann springt er immer gleich hoch - aber die Reibung entwertet immer einen Teil der Energie - er springt immer weniger hoch, bis er liegen bleibt - dafür hat er sich und die Umgebung etwas erwärmt.

die verschiedenenen energieormen haben eine unterschiedlichen wert.

das darf man jetzt nicht unbedingt wirtschaftlich betrachten. aber der vergleich liegt recht nahe.

es geht im wesentlichen darum, dass sich manche energieformen fast von selbst in andere energieformen umwandeln.

nehmen wir eine kaffetasse als beispiel. als ganze tasse ist sie mehr wert, als als scherbenhaufen oder als ein Häufchen Kaolinpulver, auch wenn es vom stoff her immernoch das gleiche ist...

eine ganze tasse in einen haufen scherebn zu verwandeln, das ist recht einfach. das hat denke ich mal jeder von uns schon mal selbst (unfreiwillig) ausprobiert oder wenigstens erlebt.

aus dem scherbenhaufen wieder eine tasse zu machen, das bedarf eben einiger kunst.

kommen wir mal wieder zurück zur energie. um aus strom wärme zu machen bedarf es nicht viel. es reicht ein draht, durch den der strom fließt, dabei wird quasi von selbst wärme frei.

um aber aus der wärme wieder strom zu machen, das ist ein wenig aufwändiger...

wärme ist übrigens die geringwertigste energieform. elektrischer strom aber auch licht sind sehr hochwertige formen der Enerige.

lg, Anna

Liebe Anna,
Energie ist Energie.
Es gilt auch die Aquivalenz der Energieformen 1Nm=1J=1Ws (mech. E = thermische Energie = elektrische (elektromagnetische) Energie)

Was Du beschreibst, sind ggf. reversible und irreversible Vorgänge bzw. Betrachtungen zur Entropie (Tasse kaputt - größtmöglicher Unordnungszustand - Tasse ganz - große Ordnung)

Wir machen in fast allen konventionellen Kraftwerken die elektrische Energie über Umwandlungen durch Wärme - alle Verbrennungsmotoren machen über Wärme (gut zuerst ist es chem. E. des Treibstoffes - die aber durch Verbrennung freigesetzt wird -> Wärme der Verbrennung -> mechanische Arbeit -> dabei wirkt eine Kraft, diese beschleunigt das Auto ) am Ende die kinetische Energie daraus.
Der Nachteil an thermischer Energie ist eben, dass durch Reibung ständig als Umwandlungsprodukt "übrig bleibt" und sich sehr schnell verteilt und damit für die gewollten Prozesse nicht mehr zur Verfügung steht.

Motoren werden warm und müssen gekühlt werden - das treibt das Auto eben nicht an. ...

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@MistrF

das ist richtig, dass energie energie ist. es gibt aber eben verschiedene formen der energie. und die höherwertigen Energieformen lassen sich eben leichter in andere formen der Energie umwandeln...

lg, Anna

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