Energieumwandlung und Wirkungsgrad

Einführung

• Energie kann in verschiedene Formen umgewandelt werden:
  • Kinetische Energie
  • Potenzielle Energie
  • Elektrische Energie
  • Chemische Energie
  • Wärmeenergie
  • Strahlungsenergie
  • Atomenergie

Energieumwandlungen im Alltag

• Chemische Energie der Batterie → Elektrische Energie
• Potenzielle Energie (Snowboarder) → Kinetische Energie
• Energieumwandlungen sind notwendig für das tägliche Leben
• Bei jeder Umwandlung: Energieentwertung (oft Wärmeenergie)

Beispiel: Leuchtdiode

• Wandelt elektrische Energie in Strahlungsenergie um
• Nebenprodukt: Wärmeenergie (Energieentwertung)

Energieflussdiagramm

• Visualisiert Energieumwandlungen
• Kasten: Energiewandler (z.B. Leuchtdiode)
• Eingehende Energieform: Elektrische Energie
• Ausgehende Energieform: Strahlungsenergie

Energiewandler und Energieentwertung

• Energiewandler: Fernseher, Bohrmaschine, Auto etc.
• Beispiel Toaster:
  • Wandelt elektrische Energie in Wärmeenergie
  • Strahlungsenergie ist entwertete Energie
• Energieentwertung hängt von gewünschter Energieform ab

Wirkungsgrad

• Definition: Anteil der zugeführten Energie, der in nutzbare Energie umgewandelt wird
• Formel:
  • Wirkungsgrad (η) = E_nutz / E_zu
• Wertebereich: 0 bis 1 oder 0 bis 100%
  • η = 0,1 bedeutet 10%
  • η = 0,72 bedeutet 72%
  • Maximaler Wirkungsgrad: 100%

Beispiel Wirkungsgrade

• Fahrrad: 90%
• Verbrennungsmotor im Auto: 30%
• Glühlampe: 3-5%
• Kernkraftwerk: 33%
• Solarzellen: 15-20%
• Windkraftanlage: bis zu 50%

Gaskraftwerk Beispiel

• Chemische Energie (Gas) → Elektrische Energie
• Viel Wärmeenergie bleibt ungenutzt
• Optimierung durch Fernwärme

Mehrstufige Umwandlungen

• Beispiel Bohrmaschine
  • Elektromotor: 70%
  • Getriebe: 90%
• Gesamtwirkungsgrad = η_Motor * η_Getriebe*

Wirkungsgrad und Leistung

• Leistung (P) = Änderung der Energie pro Zeit
• Formel: η = P_nutz / P_zu

Schlussfolgerung

• Wirkungsgrad zeigt Effizienz von Energiewandlern
• Kritische Betrachtung für Anwendung im Alltag

Zusätzliche Informationen

• Möglichkeit zur Kommentierung und weitere Informationen über Spickzettel [Musik]