Wirkungsgrad,Phsik,Klasse 9.?

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3 Antworten

Den Wirkungsgrad braucht man deshalb, um das überall in der Realität anzutreffende Prinzip "Schwund ist bei jeder Sache" in Zahlen ausdrücken zu können. Nicht alles, was man vorne reinsteckt, kommt auch hinten wieder raus.

Das Gegenteil der Verluste wäre die Wirkung, der Effekt.
Nach dem Energieerhaltungssatz gilt Aufwand = Verluste + Wirkung .

Je geringer die Verluste, umso höher ist die Wirkung, die Effizienz. Die Effizienz in Zahlen ausgedrückt ist der Wirkungsgrad. Der Wirkungsgrad ist also das Maß für die Effizienz.

Die Effizienz ist umso höher, je mehr des Aufwandes in Wirkung umgesetzt wird. Wird der gesamte Aufwand in Wirkung umgesetzt, haben wir eine Effizienz von 100% oder einen Wirkungsgrad von 1.

Geht der gesamte Aufwand ohne Wirkung verloren, betragen Effizienz und Wirkungsgrad 0.

Man muss also Aufwand und Wirkung ins Verhältnis setzen:
Effizienz = Wirkungsgrad = Wirkung/Aufwand

In der Physik bedeutet Aufwand und Wirkung fast immer eine Energiemenge.

Beim Fußball wären es Tore bzw. Torschüsse.
Bei einem Ergebnis von 1:1 können beide Manschaften sehr unterschiedliche Wirkungsgrade haben. Deshalb hört man in Sportreportagen auch öfters den Begriff Effizienz.

Hat Mannchaft A nur einmal aufs Tor geschossen, das aber getroffen, ist
eta = 1/ 1 = 1
Die haben also zu 100% effizient gespielt.

Hat Mannschaft B 10 mal aufs Tor geschossen, aber nur einmal getroffen, ist deren Wirkungsgrad eta = 1 / 10 = 0,1.
Die haben als nur zu 10% effizient gespielt. Die Verluste, in diesem Fall Fehlschüsse, wären dann 0,9 bzw 90%.

Hallo! Der Wirkungsgrad einer Maschine gibt an, wieviel der Energie, die man beim Betrieb hineinsteckt, für den Zweck genutzt wird, zu dem die Maschine da ist.

Wirkungsgrad = genutzte Energie / hineingesteckte Energie

Beispiel Automotor: Der Wirkungsgrad ist die Energie, mit der der Motor das Auto antreibt, geteilt durch die Energie des Treibstoffs, der dabei verbraucht wird.

Beispiel Kraftwerk: Der Wirkungsgrad ist die erzeugte elektrische Energie, geteilt durch die hineingesteckte Energie der Kohlen oder des Erdgases oder der Kernbrennstäbe.

Der ungenutzte Rest der Energie ist der Verlust, meistens in Form von Wärme. Man will Maschinen mit möglichst großem Wirkungsgrad, d.h. mit möglichst wenig Verlust. Eine perfekte Maschine, die die Energie vollständig nutzt, hätte Null Verlust und den Wirkungsgrad 1. In der Realität ist der Wirkungsgrad aber kleiner als 1.

Einige Gründe, warum man einen hohen Wirkungsgrad will: Weil die hineingesteckte Energie Geld kostet, knapp ist, mit umweltschädlichen Methoden gewonnen wird und weil ihr Verbrauch evtl. an sich umweltschädlich ist (CO2). Außerdem deshalb, weil die Verlustenergie Aufwand verursacht, denn man muß sie loswerden, indem man die Maschine kühlt, damit sie nicht an Überhitzung kaputtgeht.

Jeder Vorgang ist immer irgendwie Energieumwandlung. Wenn du z.B. Kaffee kochst, wird elektrische Energie in Wärmeenergie umgewandelt.

Bei jeder Energieumwandlung wird aber ein Teil der Energie entwertet, ist für uns also nutzlos. Beim Kaffeekochen wird auch die Kaffeemaschine und die Küche etwas wärmer. Das ist aber nicht Sinn vom Kaffeekochen, keiner heizt damit seine Küche.

Wieviel Energie wirklich genutzt wird, sagt der Wirkungsgrad. Er ist das Verhältnis von der wirklich nutzbaren Energie zu der Energie, die wir aufwenden müssen. Wenn beim kaffeekochen der Wirkungsgrad z.B. 0,7 oder 70% ist, gehen 30% einfach verloren. Wir stecken also 100% elektrische Energie hinein und mit 30% davon heizen wir Dinge, die wir gar nicht heizen wollen.

Noch ein Beispiel: Beim Auto wird chemische Energie des Benzins in Bewegungsenergie umgewandelt. Das ist der Sinn des Autos. Nebenbei wird das Auto aber auch warm. Das will aber eigentlich niemand (außer im Winter vielleicht). Autos haben einen Wirkungsgrad von z.B. 30%. 70% des von uns gekauften Benzins werden in für uns sinnlose Wärme umgewandelt. Das ist furchtbar, geht aber leider nicht anders.

Franz1957 14.11.2015, 15:21

Das Kaffeekochen ist, finde ich, ein etwas schwieriges Beispiel, weil es hier ja eben nicht die Energieumwandlung ist, die den Wirkungsgrad begrenzt. Elektrowärme ist im Gegenteil so ziemlich die einzige Technologie, bei der man 100% Wirkungsgrad hat. Der Verlust entsteht beim Kaffeekochen erst nach der Umwandlung, weil der Kaffee abkühlt, bevor man ihn trinkt - was ja noch nicht einmal ganz unerwünscht ist, denn kochend heiß trinkt man ihn nicht.

Man könnte den Wirkungsgrad beim Kaffeekochen natürlich mit dem Verlust definieren, der entsteht, weil der Kaffee mit 100°C zubereitet und nur mit ca. 50°C getrunken wird. Um den Wirkungsgrad zu verbessern, müßte man Wege austüfteln, den Kaffee "kalt", nahe der Trinktemperatur aufzubrühen... und das haben tatsächlich Leute ausprobiert :-) http://www.coffeeness.de/cold-brewed-coffee/

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