Energiewandler
Ein Energiewandler tauscht Energie zwischen einem System und der Umgebung in mindestens zwei Energieformen aus. Zum Beispiel wandelt ein Benzinmotor chemische Energie in mechanische Energie. Großtechnische Energiewandlungsanlagen wie Kraftwerke bestehen aus mehreren Energiewandlern, die stufenweise Primärenergieformen in technisch nutzbare Energieformen wie elektrische Energie oder thermische Energie (Prozess- und Fernwärme) umwandeln.
Energiewandlung nennt man entsprechend eine Kategorie von Prozessen, bei denen Energie zwischen einem System und der Umgebung in mindestens zwei Energieformen ausgetauscht wird. Besonders für eine Energiewandlung in elektrische Energie ist auch der umgangssprachliche Begriff Energieerzeugung üblich und bezieht sich auf die nach dem Prozess zur Verfügung gestellte Energieform (elektrische Energie), siehe Stromerzeugung.
Geschichte
BearbeitenGrundlagen
BearbeitenEnergiewandlungen unterliegen physikalischen Gesetzmäßigkeiten. So ist die Energie in abgeschlossenen Systemen eine Erhaltungsgröße, kann also weder erzeugt noch vernichtet werden. Entscheidend beim technischen Einsatz ist der Wirkungsgrad der Wandlung, da bei realen Systemen nicht 100 % einer Energieform in eine andere überführt werden kann. Es treten dort immer Verluste in andere Kanäle auf, meist in Form von nicht genutzter Wärme, also thermischer Energie.
Beide Energieformen tragen nur in einem idealen Denkmodell keine Entropie, so dass Wandlungsverluste, meist Wärme, ein Perpetuum mobile absolut sicher verhindern. Die mit dieser Wärme verbundene und im Prozess erzeugte Entropie stellt das vom Zweiten Hauptsatz der Thermodynamik in realen Prozessen geforderte Anwachsen der Gesamtentropie sicher.
Beispiele
BearbeitenFast alle technischen und biologischen Prozesse sind mit der Umwandlung von Energie verbunden. Daher gibt es Beispiele von Energiewandlern für fast alle Paare von Energieformen.
Elektromotor
BearbeitenEin Elektromotor wandelt elektrische Energie in kinetische Energie.
Dampfturbine
BearbeitenEine Dampfturbine treibt einen elektrischen Generator an, es wird thermische Energie in elektrische Energie gewandelt. Die der Turbine bei der Temperatur T1 zugeführte Wärme
Solarenergie
BearbeitenDer Wirkungsgrad von Wandlungen steigt mit den Temperaturunterschieden (oder deren Äquivalent), die im Wandlungssystem genutzt werden können. Beispielsweise findet zunehmend der photoelektrische Effekt in der Photovoltaik Verwendung. Die durch die direkte photoelektrische Wandlung erzielten Wirkungsgrade liegen aber heute noch unterhalb der konventionellen, doppelten thermisch-mechanisch-elektrischen Wandlung. Viel höhere Temperaturunterschiede treten dagegen bei Sonnenwärmekraftwerken auf, in denen beispielsweise die durch Spiegel konzentrierte Strahlungsenergie erst durch Absorption in thermische, dann konventionell in mechanische und schließlich elektrische Energie umgewandelt werden.
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Mechanische Energie | Thermische Energie | Strahlungsenergie | Elektrische Energie | Chemische Energie | Nukleare Energie |
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Mechanische Energie | Getriebe | Bremsen | Synchrotronstrahlung | Generator | Reaktionen im Teilchenbeschleuniger | |
Thermische Energie | Dampfturbine | Wärmeübertrager | Schwarzer Strahler | Thermoelement | Hochofen | Supernova |
Strahlungsenergie | Radiometer | Solarkollektor | Nichtlineare Optik | Solarzelle | Photosynthese | Kernphotoeffekt |
Elektrische Energie | Elektromotor | Elektroherd | Blitz | Transformator | Akkumulator | |
Chemische Energie | Muskel | Ölheizung | Glühwürmchen | Brennstoffzelle | Kohlevergasung | |
Nukleare Energie | Atombombe | Kernreaktor | Gammastrahlen | Radionuklidbatterie | Radiolyse | Brutreaktor |
Siehe auch
BearbeitenLiteratur
Bearbeiten- Ekbert Hering; Rolf Martin; Martin Stohrer: Taschenbuch der Mathematik und Physik. Springer-Verlag, 2006, ISBN 978-3-540-27217-5, S. 407 ff. (google.com).
- Andreas Binder: Elektrische Maschinen und Antriebe: Grundlagen, Betriebsverhalten. Springer-Verlag, 2012, ISBN 978-3-540-71850-5 (google.com).
- Dieter Meschede: Gerthsen Physik. Springer-Verlag, 2013, ISBN 978-3-662-07458-9, S. 227 ff. (google.com).