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Energieentwertung

Das etwas seltsam anmutende Wort Energieentwertung ist im Grunde eine genauere Bezeichnung für den allgemeinen Begriff Energieverbrauch. In der Physik findet statt „Energieverbrauch“ der Begriff Energieentwertung Verwendung, weil sich Energie nicht verbraucht, aber sie ändert ihre Wertigkeit.

Warum verbraucht sich Energie nicht?

Energie ist ein sogenanntes thermisches Ereignis. Überall wo etwas bewegt wird, egal ob nun durch Muskelkraft, eine Maschine, durch den Wind oder die Sonne, entsteht Wärme. Diese Wärmenergie besitzt unmittelbar an ihrem Entstehungsort die höchste Dichte, die im Anschluss an die Umgebung abgegeben wird.

Beispiel:

In einer Zentralheizung wird Öl verbrannt. Dieses Öl erhitzt Wasser, das wiederum in Heizkörper gepumpt wird. Über die Fläche des Heizkörpers strahlt das darin zirkulierende Wasser seine Wärmeenergie in den Raum ab und fließt abgekühlt zurück zur Zentralheizung. Die ursprünglich im Wasser befindliche Energie ist nun im Raum und erwärmt diesen, jedoch mit einer weit geringeren Dichte. Die Energie ist nicht weg, sie besitzt jetzt jedoch durch die Vermischung mit der kalten Raumluft eine geringere Wertigkeit. Sie ist entwertet. Dieses Prinzip gilt für die gesamte Erdatmosphäre.

Überall wo Energie entsteht, kann diese nie zu 100 % genutzt werden und der entstandene Energieverlust ist nicht umkehrbar. Dieser Anteil der Energie ist weg, umgewandelt in eine andere Energie niedrigerer Wertigkeit. Dazu gibt es die beiden Hauptsätze der Thermodynamik:

Der erste Satz lautet:
„Die Energie in einem abgeschlossenen System ist konstant.“

Der zweite Satz lautet:
„Es gibt keine Zustandsänderung, deren einziges Ergebnis die Übertragung von Wärme von einem Körper niederer auf einen Körper höherer Temperatur ist.“ (Clausius).

sowie
„Es ist unmöglich, eine periodisch arbeitende Maschine zu konstruieren, die weiter nichts bewirkt als Hebung einer Last und Abkühlung eines Wärmereservoirs.“ (Kelvin und Planck).

Darum gibt es kein echtes Perpetuum mobile

Eine Maschine, die dauernd läuft, ohne dass ihr in irgendeiner Form Energie zu oder von ihr abgeführt wird, gibt es nicht. Es gibt jedoch eine Vielzahl vermeintlicher Perpetuum mobile, sehr populär ist aktuell der „Magnetmotor“, hierbei sollen entsprechend ausgerichtete Magnete durch Abstoßung und Anziehung der Pole eine dauerhafte Drehbewegung realisieren. Das kann nur kurzzeitig funktionieren, weil die Anziehungs- und Abstoßungskräfte der Magnetpole konservative Kräfte sind. Das bedeutet, dass diese Kräfte keine Arbeit verrichten, sondern die an einem Pol abgegebene Energie am anderen Pol wieder zurück gewonnen wird. Ein Magnetmotor läuft hauptsächlich durch den Schwung, der ihn anfänglich in eine Drehbewegung versetzt, also extern zugeführte Energie, bis die Masse der Magnete und des Motorgehäuses ihr Gleichgewicht gefunden haben und dann auspendeln. An einen Magnetmotor kann auch keine oder eine nur sehr geringe Last angeschlossen werden.

Energieentwertung ist ein Problem

Das in Europa die Glühbirne verboten wurde, hängt mit deren sehr großen Energieentwertung zusammen. Mehr als 90 % der eingespeisten elektrischen Energie wurde in Wärme umgewandelt, nur etwa 10 % in Licht. Eine bessere Verwertung der eingesetzten Energie ist heute ein vorrangiges Ziel bei der Konstruktion praktisch jeden Gegenstandes oder Objektes, dem externe Energie zugeführt wird.

Ein nach wie vor ungelöstes Problem ist die Energieentwertung bei der Übertragung elektrischer Energie etwa durch Hochspannungsleitungen vom Entstehungsort (Kraftwerk) zum Endverbraucher. Hier werden bis zu 60 % der elektrischen Energie in Wärmeenergie umgewandelt. Eine Lösung dafür sind beispielsweise dezentrale Kleinkraftwerke oder Blockheizkraftwerke mit sehr kurzen Übertragungswegen. Hier beträgt der Verlust nur etwa 10 %.

Quizfragen zum Thema

1. In welche Richtung läuft ohne weitere Beeinflussung die Übertragung thermischer Energie ab?
   a) von höher wertig nach niedrig wertig
   b) von niedrig wertig nach höher wertig
   c) in beide Richtungen gleichmäßig

   a) von höher wertig nach niedrig wertig
   Von einem kälteren Körper wird niemals von selbst Energie auf einen wärmeren Körper überfließen.

2. Wie wird der Wirkungsgrad η (Eta) berechnet?

   η = E_nutzbar ÷ E _zugeführt

3. Wie hoch ist der Wirkungsgrad eines Dieselmotors?
   a) 60 %
   b) 90 %
   c) 35 %

   Antwort c) ist richtig. Im Durchschnitt verwertet ein Dieselmotor die eingesetzte Energie zu etwa 35 %

4. Was bedeutet der Begriff Entropie in der Thermodynamik?

   Die Entropie ist eine physikalische Größe, die in einem Wärmeprozess die Verlaufsrichtung kennzeichnet.

5. Was ist die Enthalpie?

   Die Enthalpie bezeichnet mit der Einheit Joule das Maß der Energie in einem thermodynamischen System.

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