Günter Eisen 0/25 Ausgewählte Beispiele der Energieumwandlung.

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Ausgewählte Beispiele der Energieumwandlung

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Vorlesung im Modul AL-P4

Dienstags 1415 bis 15.45 Uhr

Sommersemester 2011

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11. März 2011 Fukushima


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1. Einleitung


Energieumwandlung besser Energiewandlung

Noch schlechter: Energieerzeugung

Wandler: Ein Gerät, das eine Energieform in eine andere Energieform (um)wandelt.z.B.: Bremse, Geschirrspüler, Kernkraftwerk,Der Mensch, die Sonne, Mikrofon, Motor usw.



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1. Einleitung


Beispiel (lat. exemplum)

Veranschaulichender Beleg einer Aussage



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1. Einleitung

Ausgewählte Beispiele der EnergieumwandlungFormulieren Sie Fragen, die Sie schon immer einmal beantwortet haben wollten und schreiben sie die auf die roten Karten.

Schreiben sie jeweils einen Wandler bzw. einen Wandlungsprozess der sie besonders Interessiert auf die blauen Karten.

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2. Test

Welche Einheit ist keine Energieeinheit?

1. kgSKE Kilogramm Steinkohleeinheit

2. J Joule3. kWh Kilowattstunden4. PS Pferdestärke5. Nm Newtonmeter

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Welches Projekt ist kein Energieprojekt?

1. Alpha Ventus2. Desertec3. Nabucco4. Dominion5. Andersol

2. Test

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Welches Gerät erzeugt prozentual die größte Verlustenergie?

1. Elektrische Zahnbürste2. Automobil3. Energiesparlampe4. Elektrische Kaffeemaschine5. Tischkreissäge

2. Test

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Welches Vorzeichen ist falsch?

1. 10 mm = 0,01 m2. 0,2 kg = 200 g3. 1 kWh = 3600 Ws4. 1 T Byte = 1 000 000 000 Byte5. 10000 mm² = 0,01 m²

2. Test

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Ein 4 Personenhaushalt verbraucht am meisten Energie für ….

1. Beleuchtung.2. Heizung3. Warmwasser4. Kühlen/Gefrieren und waschen5. Kochen

2. Test

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Welches Gerät benötig die meiste Energie?

1. Kühlschrank2. Handkreissäge3. Haartrockner (Fön)4. Microwelle5. Laserpointer

2. Test

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3. Definitionen

Die Energie ist eine physikalische Größe, die in allen Teilgebieten der Physik sowie in der Technik, der Chemie, der Biologie und der Wirtschaft eine zentrale Rolle spielt. Ihre SI-Einheit ist das Joule.

Quelle: http://de.wikipedia.org/wiki/Energie

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Energie: griechisch – en-ergon = innere Arbeit

Die Einheit der Energie ist das Joule Jnach dem britischen Physiker James Prescott Joule (1818-1889)

1 J = 1 Nm = 1 kgm²s-² = 1 Ws = 0,24 CAL1 J = 3,310-8 kgSKE = 2,810-7 kWh = 61018 eV

3. Definitionen

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3.1 Umrechnung verschiedener Energieeinheiten

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4. Wirkungsgrad

η = Eab/ Ezu

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4.1 Wirkungsgrad

einer Leuchtstofflampe

η = η1x η2x η30,06=0,45x0,95x0,14

Deutschland 200510.570 PJ

37,7%32,1% 18,3%

6,4%5,7%

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4.2 Weltenenergieverbrauch

Weltendenergieverbrauch 2005305.090 PJDavon 43,71% Mineralöl

19,52% Gas13,86% Kohle20,37% Regenerative Energie2,54% Kernkraft

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Einschub: Rechnen mit Zehnerpotenzen

Video: Zehn hoch

10-18 = a (Atto) = 0,000 000 000 000 000 00110-15 = f (Femto) = 0,000 000 000 000 00110-12 = p (Piko) = 0,000 000 000 001 = 1/1012

10-9 = n (Nano) = 0,000 000 001 = 1/109

10-6 = µ (Mikro) = 0,000 001 =1/1000 000 = 1/106

10-3 = m (Milli) = 0,001 =1/1000 = 1/103

100 = --- = 1103 = k (Kilo) = 1000106 = M (Mega) = 1000 000109 = G (Giga) = 1000 000 0001012 = T (Tera) = 1000 000 000 0001015 = P (Peta) = 1000 000 000 000 0001018 = E (Exa) = 1000 000 000 000 000 000

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!!!!!!Achtung !!!!!!Bei der Benennung großer Zahlen

Potenz deutsch amerikan.106 Million million109 Milliarde billion1012 Billion trillion1015 Billiarde quadrillion1018 Trillion quintillion

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!!!!!!Achtung !!!!!!Bei großen Zahlen auf die Verwendung von Komma und Punkt.

Der deutschsprachige Bereich gliedert zur besseren Lesbarkeit die Stellen in 3-er Gruppen, während das Komma als Trennzeichen zwischen dem Ganzzahl- und dem Bruchteil einer Zahl verwendet wird.

International ist und z. B. bei Taschenrechnern ist es genau umgekehrt.

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5. Rückblick

1792 Im Zuge der Französischen Revolution wurde eine Reform der Maße beschlossen.Das neue Grundmaß sollte

neutral,bequem zu handhaben sein,schwer zu fälschen undjederzeit reproduzierbar sein.

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5. Rückblick

Man entschied, das System auf dem „Meter“ aufzubauen, abgeleitetvom griechischen „Metron“ für Maß.

Dafür sollte der zehnmillionste Teil (1/10 000 000) eines Längengrads zwischen Nordpol Äquator ermittelt werden.

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5. RückblickDiese gewaltige Aufgabe übernahmen die Astronomen

Jean-Baptiste Delambre und Pierre Méchain

Sie maßen die Strecke zwischen Barcelona und Dünkirchen aus undberechneten daraus die Entfernung zwischen Nordpol und Äquator.

Sie brauchten sieben Jahre

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5. Rückblick

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5. Rückblick

1799 wurde das erste Urmeter aus einer Platin-Iridium-Legierung gegossen.

Diese Legierung wird nicht vom Sauerstoff angegriffen und dehnt sich kaum aus bei Temperaturschwankungen

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=> Arbeit=> Wärme=> Mechanische Bewegungsenergie=> Mechanische Ruheenergie (potentielle Energie)=> Energie elektrischer Ströme und Ladungen=> Energie elektromagnetischer Strahlung und Felder=> Chemische (Bindungs)-Energie=> Nukleare (Bindungs)-Energie

6. Erscheinungsformen der Energie

Problem ist die Nutzbarmachung der verschiedenen Energieformen Sie haben in der Technik eine unterschiedliche Wertigkeit

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Fundamentaler Zusammenhang zwischen Masse und Energie

E = mc²

Energieinhalt in 1 kg Materie: E = 91016 J = 2,51010 kWhentspricht dem Energiebedarf Deutschlands in zwei Tagen

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1.2.1 Arbeit

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1.2.2 Wärme

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Die Kilocalorie (kcal) war früher die Basiseinheit für die Wärmeenergie.

1 kcal = 4186,8 J

1 kcal ist die Wärmeenergie, die benötigt wird, um 1 kg Wasser um 1o Celsius zu erwärmen.

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1.2.3 Mechanische Bewegungsenergie

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1.2.4 Mechanische Ruheenergie

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Berechnungsbeispiel 1:Ein Mensch mit einer Masse von 80 kg steigt auf einen 10 m hohen Turm. Welche Ruheenergie besitzt er dann?

Berechnungsbeispiel 2:Bei einem Pumpspeicherwerk werden 5000 m² Wasser 300m hoch gepumpt. Welche Ruheenergie besitzt es dann?

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Lösung 1:E = 80 x 9,81N x 10m = 7848 Nm = 7,848 kJ

Lösung 2:1m³ Wasser hat eine Masse von 1t=1000kgE = 5000 x 1000 x 9,81N x 300m

= 14715 x 106Nm = 14,715GJ

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1.2.5 Energie der elektromagnetischen Strahlung

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1.2.6 Energie des elektrischen Stromes

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Berechnungsbeispiel 1:Energieverbrauch einer 2000 Watt (W) Heizplatten in 2 Stunden (h)?

Berechnungsbeispiel 2:Energieverbrauch des Menschen bei 30 Minuten Sport (150 Watt)?

Berechnungsbeispiel 3:Stromverbrauch einer 60-Watt-Glühlampe in 10 Stunden?

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Lösung 1: E = 2000 W x 2 h = 4000 Wh = 4 kWh

= 4 x 3,6 MJ = 14,4 x 106J

Lösung 2: E = 150 W x 30 Min. = 75 Wh

= 75 x 3,6 kJ = 270 x 103J

Lösung 3: E = 60 W x 10 h = 600 Wh = 0,6 kWh

= 0,6x3,6 MJ = 2,16 x 106J

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Beispiel 1:Jahresstromverbrauch eines 3-Personen-haushaltes

3500 kWh = 12,2 GJ = 12,2 x 109 J

Beispiel 2:Strommenge 2004 AKW Isar 2

12,2 TWh = 43,9 PJ = 43,9 x 1015 J

Beispiel 3:Jahresstromverbrauch Deutschland 2004

607 TWh = 2,1852 EJ = 2,1852 x 1018 J

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1.2.7 Chemische Energie

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Beispiel 1:Primärenergieverbrauch 2004 in Deutschland

492,6 MtSKE = 14,4 EJ = 14,4 x 1018 J

Beispiel 2:Primärenergieverbrauch 2004 Welt

12,4 GtSKE = 363,32 EJ = 363,32 x 1018 J

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1.2.8 Nukleare Energie (Kernspaltung)

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1.2.8 Nukleare Energie (Kernfusion)

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1.3 Erhaltung der Energie

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1.4 Energiewandlung - Emissionen

Die Erzeugung von (Nutz)-Energie ist verbunden mit Emissionen.

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1.4 Energiewandlung - Emissionen

Emissionen während 75 Jahre pro Person

durch 100% durch 100%Kohlestrom Atomstrom

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1.5 Primär-, End- und Nutzenergie

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1.5 Primär-, End- und Nutzenergie

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1.8 Energieverbrauch nach Energiequellen

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1.9 Energieverbrauchsentwicklung

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MUCHAS GRACIAS

VIELEN DANK

MERCIBEAUCOUP

MUITO OBRIGADO

THANK YOU VERY MUCH

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