Strom aus Wärme - der umgekehrte Peltiereffekt* = Lösung aller Probleme? [Archiv]

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Mr. Lolman

2004-09-20, 18:26:58

*oder der "Thermoeffekt"

Das Schlimme daran ist, dass alles verdammt plausibel und schlüssig klingt, aber es kann einfach nicht stimmen. Denn wenn das wahr wäre bräuchte man keine Atomkraftwerke, keine Ottomotoren, und eigentlich hätte man überhaupt keine Energiekosten mehr.

Ein Absatz aus dem Text:

Dazu ein Gedankenexperiment:

Dieses Gedankenexperiment hat bereits Nikola Tesla angestellt, um zu zeigen, dass es möglich ist, Energie aus der Umgebungswärme zu gewinnen. Aus einem ideal isolierten Behälter sei Wärmeenergie entfernt worden. Zu diesem Behälter kann über eine Unterbrechung in der Isolation die Umgebungswärme zufließen und diesen erwärmen. Diesen Wärmefluss kann man, wie hier gezeigt wurde, in elektrische Energie umwandeln. Nehmen wir jetzt an, wir hätten einen idealen Thermogenerator mit einem Wirkungsgrad von 100% zu Verfügung. Wird dieser in den Wärmestrom eingebaut, so muss dieser 100% der durchfließenden Wärmeenergie in elektrischen Strom umwandeln. Anders ausgedrückt heißt das aber, dass sich der Behälter nie erwärmen wird, und so auch keine zusätzliche Kühlung benötigt wird, um die Energieerzeugung aufrechtzuerhalten.
Da es aber in der Praxis keine idealen Bauteile gibt, wird sich der Behälter immer ein wenig erwärmen. D.h. es muss als mit einer Kühlanlage eine gewisse Wärmemenge wieder nach außen transportiert werden, um den Vorgang aufrecht zu halten. Ab einem 50%igen Wirkungsgrad des Thermogenerators und der Kühlanlage muss es somit möglich sein, der Umgebung ständig Wärme zu entziehen, und diese in elektrischen Strom umzuwandeln.
Wie wir aber auch bei diesem Experiment gesehen haben sind die erzeugten Leistungen von Thermogeneratoren sehr klein. Ein weitaus leistungsfähigeres Gerät, das den Wärmefluss manipuliert ist die Wärmepumpe. Mit einer herkömmlichen Wärmepumpe kann man einen ähnlichen Fall herstellen.

Quelle (http://www.hcrs.at/PELTIER.HTM)

Kladderadatsch

2004-09-20, 18:59:20

das ist doch das kühlschrank-prinzip umgekehrt?
jedenfalls gibts das schon lange- mein lehrer hat so eine wärmepumpe (wenn die so heist) und schwärmt immer davon^^

so überleben z.b. auch grünpflanzen im winter. wasser setzt sich ab, gefriert, gibt also wärme ab. das ist imho etwas, was die meisten nicht so richtig realisiert haben ;)

Sir Silence

2004-09-20, 19:51:35

Darum gehts net.. würden die Konzerne das umsetzen, würden sie nix mehr verdienen.. heut geht alles nur um Geld :( :(

Würde alles direkt eingesetzt werden, was uns wirklich weiter bringt bzw. was auch nur Ansatzweise entwicklungsfertig wäre, würden wir jetzt ganz sicher um einiges einfacher und komfortabler leben. Aber.. das Geld halt

Gunslinger

2004-09-20, 19:53:32

das ist doch das kühlschrank-prinzip umgekehrt?
jedenfalls gibts das schon lange- mein lehrer hat so eine wärmepumpe (wenn die so heist) und schwärmt immer davon^^

Meine Eltern verwenden auch seit ca. 20 Jahren in unserem Haus eine Wärmepumpe zum Erwärmen des Wassers. Im Heizraum wird Luft angesaugt und im Nebenraum strömt kalte Luft aus einem großen Rohr. Wie das Prinzip genau funktioniert und wieviel Strom die Wärmepumpe verbraucht weiß ich jedoch nicht.

Während des Sommers können wir aufgrund der Wärmepumpe die Ölheizung ausgeschaltet lassen.

Gunslinger

2004-09-20, 19:58:10

Darum gehts net.. würden die Konzerne das umsetzen, würden sie nix mehr verdienen.. heut geht alles nur um Geld :( :(

Stimmt, es gibt doch auch schon längere Zeit Ölfilter für Autos, die den Ölwechsel überflüssig machen. Die Autokonzerne haben es aber bisher erfolgreich geschafft die großräumige Verbreitung dieser Technik zu verhindern. Ähnlich wird es wohl bei vielen weiteren innovativen Produkten sein.

Seraf

2004-09-20, 23:10:39

Stimmt, es gibt doch auch schon längere Zeit Ölfilter für Autos, die den Ölwechsel überflüssig machen. Die Autokonzerne haben es aber bisher erfolgreich geschafft die großräumige Verbreitung dieser Technik zu verhindern. Ähnlich wird es wohl bei vielen weiteren innovativen Produkten sein.

So?
Man wechselt das Öl "nicht nur" weil sich Rußpartikel oder Benzin in die Ölwanne verirren sondern auch weil Motoröl nach einiger Zeit so stark oxidiert ist das seine Eigenschaften nichtmehr den Anforderungen entsprechen.

Und jetzt erklär mir mal wie du mit einem Ölfilter Oxidation verhindern willst?!

maximAL

2004-09-20, 23:28:42

Während des Sommers können wir aufgrund der Wärmepumpe die Ölheizung ausgeschaltet lassen.

bei uns ist während des sommers (und nicht nur dann) die heizung auch abgeschaltet. ohne wärmepumpe.

Vedek Bareil

2004-09-21, 00:50:27

Aus einem ideal isolierten Behälter sei Wärmeenergie entfernt worden. Zu diesem Behälter kann über eine Unterbrechung in der Isolation die Umgebungswärme zufließen und diesen erwärmen. Diesen Wärmefluss kann man, wie hier gezeigt wurde, in elektrische Energie umwandeln. Nehmen wir jetzt an, wir hätten einen idealen Thermogenerator mit einem Wirkungsgrad von 100% zu Verfügung. Wird dieser in den Wärmestrom eingebaut, so muss dieser 100% der durchfließenden Wärmeenergie in elektrischen Strom umwandeln. Anders ausgedrückt heißt das aber, dass sich der Behälter nie erwärmen wird, also das ist nun aber wirklich leicht zu durchschauen :D
Könnte man tatsächlich 100 % der durchfließenden Wärme in Strom umwandeln, hätte man ein Perpetuum Mobile 2. Ordnung.

Es ist nämlich so, daß jeder Wärmestrom immer auch einen Strom von Entropie bedeutet. Nehmen wir an, die Umgebung habe die Temperatur T1, das Behälterinnere die Temperatur T2 < T1. Fließt nun in einem gegebenen Zeitintervall eine Wärmemenge Delta_Q1 von der Umgebung zum Behälterinneren hin, so wird der Umgebung dadurch eine Entropie Delta_S1=Delta_Q/T1 entzogen.

Würde die Wärme Delta_Q1 nun einfach dem Behälterinneren zugeführt, so gewinnt dieser dadurch eine Entropie Delta_S2=Delta_Q1/T2. Wegen T2 < T1 ist Delta_S2 größer als die der Umgebung entnommene Entropie Delta_S1, was einfach daran liegt, daß ein Nichtgleichgewichtsprozeß vorliegt (Wärmestrom von heißen zum kälteren Wärmebad) und daher Entropie erzeugt wird.

Baut man zwischen Umgebung und Behälterinneres aber eine Wärmekraftmaschine, wie z.B. ein Thermoelement (oder wie die Umkehrung des Peltiér-Elements heißt), so kann man einen näher am Gleichgewicht ablaufenden Prozeß realisieren. Im Idealfall eines quasistatischen, reversiblen Prozesses wäre die Entropieproduktion Null, dem Behälterinneren würde nur die der Umgebung entzogene Entropie Delta_S1 zugeführt werden. Damit wäre dann auch die dem Behälterinneren zugefügte Wärmemenge nicht mehr Delta_Q1, sondern nur noch Delta_Q2 = T2*Delta_S1 < Delta_Q1. Die Differenz zwischen Delta_Q1 und Delta_Q2 könnte man als nutzbringende Arbeit gewinnen.

Auf keinen Fall aber könnte die der Umgebung entzogene Entropie Delta_S1 oder auch nur einen Teil von ihr vernichten (2. Hauptsatz der Thermodynamik). Daher ist es unmöglich, den gesamten Wärmestrom aus der Umgebung in Arbeit umzusetzen. Es muß immer ein Teil der Wärme an das Behälterinnere weitergeleitet werden, um die der Umgebung entnommene Entropie unterzubringen.
Der Wirkungsgrad muß daher stets kleiner als 100 % bleiben. Genauer gesagt liegt sein Maximum bei 1-T2/T1.

Anders ausgedrückt kann man den 2. Hauptsatz auch so formulieren: es ist unmöglich, eine Maschine zu konstruieren, die nichts weiter tut, als fortwährend Wärme aus einem Wärmebad zu beziehen und in Arbeit umzuwandeln.

und so auch keine zusätzliche Kühlung benötigt wird, um die Energieerzeugung aufrechtzuerhalten.
Da es aber in der Praxis keine idealen Bauteile gibt, wird sich der Behälter immer ein wenig erwärmen. D.h. es muss als mit einer Kühlanlage eine gewisse Wärmemenge wieder nach außen transportiert werden, um den Vorgang aufrecht zu halten. Ab einem 50%igen Wirkungsgrad des Thermogenerators und der Kühlanlage muss es somit möglich sein, der Umgebung ständig Wärme zu entziehen, und diese in elektrischen Strom umzuwandeln. der klassische Versuch, ein Perpetuum Mobile 2. Ordnung aus einer Wärmekraftmaschine und einer Kältemschine zusammenzubauen. Das würde aber erfordern, daß die Kältemaschine, wenn man sie als Wärmekraftmaschine betreiben würde, bei quasistatischer Prozeßführung einen anderen Wirkungsgrad hätte als die andere Wärmekraftmaschine. Bei quasistatischer Prozeßführung haben aber alle Wärmekraftmaschinen den gleichen Wirkungsgrad, nämlich 1-T2/T1.

Reale Wärmekraftmaschinen haben natürlich davon abweichende, i.d.R. viel kleinere Wirkungsgrade. Das liegt daran, daß sie nicht quasistatisch arbeiten.

Vedek Bareil

2004-09-21, 01:19:08

das ist doch das kühlschrank-prinzip umgekehrt?
jedenfalls gibts das schon lange- mein lehrer hat so eine wärmepumpe (wenn die so heist) und schwärmt immer davon das Kühlschrank-Prinzip umgekehrt wäre eine Wärmekraftmaschine. Die Wärmepumpe ist wie der Kühlschrank eine Kältemaschine, in dem Sinne, daß sie ein kälteres Wärmebad kühlt und ein wärmeres Wärmebad wärmt. Dazu muß ihr aber Arbeit zugeführt werden.

Auch das kann man sich einfach mit der Entropie klarmachen: dem kälteren Wärmebad mit der Temperatur T2 wird die Wärme Delta_Q2 und damit die Entropie Delta_S2 = Delta_Q2/T2 entzogen. Diese Entropie wird an das wärmere Wärmebad mit der Temperatur T1 > T2 weitergegeben, dem dadurch die Wärme Delta_Q1 = T1*Delta_Q2 zugeführt wird. Mit T1 > T2 ist Delta_Q1 > Delta_Q2, und die zusätzliche Wärme muß durch aufgewandte Arbeit bereitgestellt werden.

so überleben z.b. auch grünpflanzen im winter. wasser setzt sich ab, gefriert, gibt also wärme ab. das ist imho etwas, was die meisten nicht so richtig realisiert haben ;)da ist dir jetzt aber der Gag verloren gegangen ;)
Da fließt nämlich keine Wärme vom kälteren zum wärmeren Wärmebad (wie bei der Wärmepumpe), sondern zwischen zwei gleich warmen Wärmebädern. Und zwar hängt das mit Besonderheiten zusammen, die man allgemein bei Phasenübergängen (hier: flüssig -> fest) hat. Durch das Gefrieren verliert das Wasser Entropie (im Eis sind die Wassermoleküle stärker geordnet). Dabei gibt es aber Wärme an die Umgebung ab, die dadurch Entropie gewinnt. Oberhalb von 0°C wäre der Entropiegewinn der Umgebung geringer als der Entropieverlust des gefrierenden Wassers, daher kommt es nicht zum Gefrieren. Unterhalb von 0°C hingegen übersteigt der Entropiegewinn der Umgebung den Entropieverlust des Wassers, so daß der gefrorene Zustand thermodynamisch bevorzugt ist. Daher gefriert das Wasser und gibt Wärme an die Umgebung ab.

Kladderadatsch

2004-09-21, 06:13:43

das Kühlschrank-Prinzip umgekehrt wäre eine Wärmekraftmaschine. Die Wärmepumpe ist wie der Kühlschrank eine Kältemaschine, in dem Sinne, daß sie ein kälteres Wärmebad kühlt und ein wärmeres Wärmebad wärmt. Dazu muß ihr aber Arbeit zugeführt werden.

Auch das kann man sich einfach mit der Entropie klarmachen: dem kälteren Wärmebad mit der Temperatur T2 wird die Wärme Delta_Q2 und damit die Entropie Delta_S2 = Delta_Q2/T2 entzogen. Diese Entropie wird an das wärmere Wärmebad mit der Temperatur T1 > T2 weitergegeben, dem dadurch die Wärme Delta_Q1 = T1*Delta_Q2 zugeführt wird. Mit T1 > T2 ist Delta_Q1 > Delta_Q2, und die zusätzliche Wärme muß durch aufgewandte Arbeit bereitgestellt werden.

da ist dir jetzt aber der Gag verloren gegangen ;)
Da fließt nämlich keine Wärme vom kälteren zum wärmeren Wärmebad (wie bei der Wärmepumpe), sondern zwischen zwei gleich warmen Wärmebädern. Und zwar hängt das mit Besonderheiten zusammen, die man allgemein bei Phasenübergängen (hier: flüssig -> fest) hat. Durch das Gefrieren verliert das Wasser Entropie (im Eis sind die Wassermoleküle stärker geordnet). Dabei gibt es aber Wärme an die Umgebung ab, die dadurch Entropie gewinnt. Oberhalb von 0°C wäre der Entropiegewinn der Umgebung geringer als der Entropieverlust des gefrierenden Wassers, daher kommt es nicht zum Gefrieren. Unterhalb von 0°C hingegen übersteigt der Entropiegewinn der Umgebung den Entropieverlust des Wassers, so daß der gefrorene Zustand thermodynamisch bevorzugt ist. Daher gefriert das Wasser und gibt Wärme an die Umgebung ab.

ich hab chemie und physik abgewählt ;)
aber was ich noch sagen wollte- kann sein, dass du es schon erwähnt hast - ist, dass bei der energieumwandlung (in diesem fall von der niedrigsten in die ?2. höchste?) in eine höherwertige energie immer energie verbraucht wird; somit kann die umwandlung keine 100% erbringen, imho ;)

Gunslinger

2004-09-21, 20:04:33

Seraf afc

2004-09-21, 21:58:03

klick mich:

http://www.zdf.de/ZDFde/inhalt/25/0,1872,2191257,00.html

0,7l Additive alle 30000 Kilometer bei 4,5-6 Litern Motoröl eines MB erklären schon ein bisschen die "Verjüngungskur" ;)

Und den Ölfilter muß man auch alle 30000 Kilometer wechseln.
Ein Ölfilterwechsel ohne abgelassenes Öl kann auch ne Sauerei werden.

Haarmann

2004-09-22, 09:34:42

Von Quantentunnels und Co labbern paar Israelis mit ihren CoolChips seit Jahren... Gesehen hab ich noch keinen. Der Wirkungsgrad wird natürlich riesig angegeben ;).

wuschel12

2004-09-26, 10:28:22

Man muss generell in der Betrachtung in Exergie und Anergie unterschieden und nicht den Oberbegriff der Energie wählen.

mrdigital

2004-09-26, 12:12:29

Man muss generell in der Betrachtung in Exergie und Anergie unterschieden und nicht den Oberbegriff der Energie wählen.
Würdest du diese beiden Begriffe bitte mal näher erläutern?

wuschel12

2004-09-26, 12:57:02

Würdest du diese beiden Begriffe bitte mal näher erläutern?

Energie = Exergie + Anergie

Exergie steht für jede Art von Energie, die sich (für den Menschen) in nützliche Arbeit umsetzen läßt, Anergie ist nutzlos.

Und die Umgebungswärme wäre nahezu nur Anergie, da diese Energie bei diesem Temperaturniveau nichts nützt, da sich nur die Differenz zwischen geringeren und höheren Zuständen der Entropie nutzen läßt.

mrdigital

2004-09-26, 13:01:28

Und wie wird definiert, welche Energie für Menschen nicht nutzbar ist? Ist Wärme Anergie? Oder die schwache Kernkraft? Elektromagentismus? Ich habe diese Differenzierung noch nie gehört, in welchen Bereichen wird sie denn angewendet?

wuschel12

2004-09-26, 13:10:15

Naja, wenn man Ingenieur ist, dann muss man sich damit auseinandersetzen (was halt die Politiker etc. nicht tun). Auch jeder Physiker etc. hat von sowas schon gehört.
Beschränkt umwandelbar sind Wärme, innere Energie und Enthalpie, da sie Anteile von Anergie enthalten.

Man kann mechanische Energie vollständig in Wärme(energie) umwandeln, aber umgekehrt nicht.

Und was für den Menschen nutzbar ist, ist wohl nicht ernst gemeint oder? Er will halt daraus sein Nutzen ziehen, wie das Thema hier mit Strom aus Wärme.

Dunkeltier

2004-09-26, 14:51:34

So?
Man wechselt das Öl "nicht nur" weil sich Rußpartikel oder Benzin in die Ölwanne verirren sondern auch weil Motoröl nach einiger Zeit so stark oxidiert ist das seine Eigenschaften nichtmehr den Anforderungen entsprechen.

Und jetzt erklär mir mal wie du mit einem Ölfilter Oxidation verhindern willst?!

Oder anders gesagt, das Öl wird gecrackt - durch die ganzen Scherkräfte brechen die Molekülketten auseinander. Man hat mit so Superfiltern zwar sauberes Öl, doch leider ist dies irgendwann ziemlich wässrig und schmiert nicht mehr so richtig.

thomasius

2004-09-27, 11:38:08

strom aus wärme ist überhaupt kein problem und wird in ländern, die ausreichend über heißes wasser verfügen, schon grossflächig eingesetz.

als beispiel bringe ich island an, die mit ihren warmen quellen ganze kraftwerke bereiben und sehr viel strom produzieren, das hat dann mehrere effekte:

- strom ist billig
- alu industrie siedelt sich hier an (zur aluproduktion wird sehr viel strom benötigt)
- durch den vorhandenen billigen strom, kann billig wasserstoff produziert werden => brennstoffzellenautos werden rentabel

mercedes benz hat in island pilotprojekt am laufen, bei dem der nahvekehr auf bz buse umgestellt wird.

- es ist soviel strom und wärme da, dass die leute sogar strassen im winter beheizen

island wird wohl dadurch, irgendwann eines der ersten länder sein, was vonm erdöl völlig unabhängig ist, ganz abgesehen davon, dass die ganze sache extrem umweltfreundlich ist.

es gibt noch genügend andere bsp der nutzungsmöglichkeiten, aber leider werden diese meist noch nicht konsequent umgesetzt. oft mangeld es hier am geld und der notwendigen lobby, oder schlciht an der großpolitischen lage, siehe wüstenanlagen in krisengebieten.

sTauB

2004-09-27, 15:32:40

Zu dem Titel "Strom aus Wärme"
Es ist doch sicher auch möglich mit Hilfe einer Wärmepumpe und einer Turbine mit Generator die Wärmeenergie der Umgebungsluft in Elektrizität umzuwandeln. Bleibt nur die Frage ob die Wirkungsgrade ausreichen um aus dem gewonnen Strom nicht nur die Wärmepumpe antreiben zu können sondern auch den erwünschten Strom für elektrische Geräte zu erhalten. Weiss da jmd. näheres zu den Wirkungsgraden?
Michael

wuschel12

2004-09-27, 17:32:30

Wenn es funktionieren würde, hätte man dies schon längst gemacht.

Ice04

2004-09-27, 20:23:36

und wo kommt die umgebungswärme eigentlich her ? von der Sonne!*

das ist der wirkungsgrad einer solarzelle höher, anstatt die energie über Umwege umzuwandeln...

*fast

RaumKraehe

2004-09-28, 11:28:22

Das oben erwähnte Prinzip wird schon ewig benutzt.

http://www.k-wz.de/vmotor/stirling.html

3D-profi

2004-09-29, 14:22:04

Schaubergers Implosionstechnik bringt einen Wirkungsgrad jenseits der
100 %,entscheident ist die Bewegungsrichtung/Form,der Implosionsweg
ist der Weg des geringsten Widerstandes,der Explosionsweg des größten
Widerstandes.

thomasius

2004-09-30, 10:00:02

und wo kommt die umgebungswärme eigentlich her ? von der Sonne!*

das ist der wirkungsgrad einer solarzelle höher, anstatt die energie über Umwege umzuwandeln...

*fast
erdwärme, abwärme aus maschinenprozessen, verbrennungswärme, sonne, ja usw.

solarzellen kombiniert mit einer wärmepumpe haben einen höheren wirkungsgrad als nur solarzellen ;)

Vedek Bareil

2004-10-01, 03:38:50

Naja, wenn man Ingenieur ist, dann muss man sich damit auseinandersetzen (was halt die Politiker etc. nicht tun). Auch jeder Physiker etc. hat von sowas schon gehört. ach Herrjeh, wenn sich Ingenieure in Physik versuchen, das gibt selten was gutes :D

Als Physiker lernt man die Begriffe Axergie und Anergie nicht. Ich bin nämlich Physiker und habe von den beiden bis gerade eben noch nie gehört. :wink:

Was du offenbar mit diesem Begriffen bezeichnest, deckt man in der Physik (genauer: in der Thermodynamik) mit Energie und Entropie ab. Hat ein System eine gegebene Energie, so ist die Entropie ein Maß für die Qualität dieser Energie.

Eine wichtige Größe ist nun die Freie Energie F. Diese ergibt sich aus der inneren Energie U, der Temperatur T und der Entropie S gemäß

F = U - TS

D.h. je größer bei vorgegebener innerer Energie und Temperatur die Entropie ist, desto geringer ist die Freie Energie.

Der Name Freie Energie läßt schon vermuten, daß es sich dabei um so was wie deine Axergie handelt, gewissermaßen der "freie", für nutzbringende Arbeit einsetzbare Anteil der inneren Energie. TS wäre dann so was wie die Anergie.

Aber: eine solche Deutung der Freien Energie gilt für konstante Temperatur! Das Differential von F ist

dF = -SdT - pdV

wobei dT und dV die Differentiale von Temperatur und Volumen sind und p der Druck. pdV ist die vom System bei Volumenänderungen dV verrichtete Arbeit.
Betrachtet man nun eine isotherme Prozeßführung (T=const), bei unter Wärmezufuhr Arbeit verrichtet wird, so wirkt sich auf die Freie Energie nur die verrichtete Arbeit aus, da sich dF = pdV ergibt. Die zugeführte Wärme hat auf F keinen Einfluß. Man könnte also sagen, daß die Axergie (=F) durch das Verrichten der Arbeit immer weniger wird, während die Wärmezufuhr nur die Anergie (TS) erhöht.

Dieses Bild bricht aber zusammen, sobald man Temperaturänderungen einbezieht! Und um die kommt man nicht herum, da sie für Wärmekraftmaschinen zwingend erforderlich sind.

Nehmen wir eine Wärmekraftmaschine, der Prozeßzyklus aus zwei isothermen und zwei isochoren (konstantes Volumen, dV=0) Abschnitten besteht (so läßt sich z.B. der Ottomotor beschreiben). Auf den isothermen Prozeßwegen ist alles wie gehabt. Auf den isochoren gilt jedoch

dF = -SdT

Das bedeutet, daß bei Abkühlung (dT<0) die Freie Energie zunimmt (da stets S>0). Obwohl offensichtlich nichts da ist, das man als Zufuhr von Axergie ansehen könnte. Es wird ja keine Arbeit am System verrichtet (da pdV=0), es wird ihm lediglich Wärme entzogen. Den Entzug von Wärme könnte man in deinem Axergie-Anergie-Bild aber lediglich als Entzug von Anergie deuten, nicht als Zufuhr von Axergie.

Allenfalls könnte man noch davon sprechen, daß bei der Abkühlung Anergie in Axergie umgewandelt wird. Das aber dürfte kaum im Sinne des Axergie-Anergie-Konzeptes sein.

Das ist ja gerade das Prinzip der Wärmekaftmaschine: man führt dem System bei hoher Temperatur T1 eine Entropie dS und damit eine Wärme ("Anergie") dQ1=T1*dS zu, und führt bei tieferer Temperatur T2 < T1 die gleiche Entropie wieder ab, diesmal aber mit einer kleineren Wärme dQ2=T2*dS einhergehend. Die Differenz zwischen der zu- und abgeführten Wärme gewinnt man als Arbeit. So gesehen hat man Axergie aus Anergie gewonnen.

Vedek Bareil

2004-10-01, 04:02:37

Und wie wird definiert, welche Energie für Menschen nicht nutzbar ist? durch das Betreiben phänomenologischer Thermodynamik ;)
Man nehme z.B. ein Gas, das in einen Zylinder eingeschlossen ist, in dem ein verschiebbarer Kolben steckt (so daß das dem Gas zur Verfügung stehende Volumen variabel ist). Phänomenologisch vorzugehen bedeutet nun, die mikroskopischen Hintergründe (Verhalten der Gasmoleküle u.ä.) erstmal außen vorzulassen, und danach zu gehen, was man makroskopisch an dem System so an Phänomenen (daher phänomenologisch) beobachten kann.
Dabei fällt auf, daß das System offenbar auf zwei Arten Energie mit der Umgebung austauschen kann: einerseits durch Arbeit (Verschieben des Kolbens) und andererseits durch Wärme (man hält z.B. eine Flamme an den Zylinder).
Über den Carnotschen Kreisprozeß kann man dann zeigen, daß die Wärme einer Größe zusammenhängt, die Entropie genannt wird. Und rein phänomologisch gesehen erstmal keine weitere Bedeutung hat.

Geht man zur statistischen Thermodynamik über, wo man das mikroskopische Geschehen dann doch berücksichtigt, so stellt man Beziehungen zwischen makroskopischen Größen der phänomenologischen Thermodynamik und mikroskopischen Größen fest. Dabei zeigt sich, daß die Entropie ein Maß für die Information ist, die einem bei Kenntnis des makroskopischen Zustandes eines System zur Kenntnis des mikroskopischen Zustandes fehlt. Und zwar gilt:

S = - k sum_i p_i ln(p_i)

wobei k die Boltzmann-Konstante ist, der Summationsindex i über alle zu einem Makrozustand beitragenden Mikrozustände läuft und p_i die Wahrscheinlichkeit für den i-ten Mikrozustand ist.

Kann man z.B. aus dem Makrozustand den Mikrozustand eindeutig erkennen, dann ist p_i für den bekannten Mikrozustand 1, für alle anderen 0. Damit ergibt sich die Entropie S=0.

Ist Wärme Anergie? einem System der Temperatur T Wärme dQ zuzuführen, bedeutet ihm die Entropie dS=dQ/T zuzuführen.

Oder die schwache Kernkraft? Elektromagentismus? die Entropie eines Systems hängt wenig mit der das System beherrschenden Wechselwirkung zusammen. Worauf es ankommt ist, ob das System in einem reinen Zustand (p_i=1 für ein bestimmtes i) oder einem gemischten Zustand (p_i>0 für mehrere i) ist.

Vedek Bareil

2004-10-01, 04:04:39

wuschel12

2004-10-02, 13:36:23

@Vedek Bareil

Dass Du als Physiker von Exergie und Anergie noch nie was gehört hast, wundert mich sehr stark, es sei denn, in der Physik bekommt man in Thermodynamik wesentlich weniger vermittelt als im Ingenieursstudium. Kann aber auch sein, da man als Verfahrenstechniker halt nur mit Thermodynamik zu tun hat und sich halt sowas merkt.
Egal, selbt bei der Einführung in die Thermodynamik fallen diese Begriffe spätestens bei der Betrachtung der irreversiblen Vorgänge.
Nochmal, Energie = Exergie plus Anergie und die Entropie ist die rechnerische Erfassung der Irreversibiltät. Vielleicht habt ihr im Physikstudium halt die Energie in Exergie und Anergie nicht mehr unterschieden? Ist ja für Physiker nicht entscheidend, da sie keine Kraftwerke auslegen.

mrdigital

2004-10-02, 18:29:33

Vedek Bareil

2004-10-02, 20:33:25

@Vedek Bareil

Dass Du als Physiker von Exergie und Anergie noch nie was gehört hast, wundert mich sehr stark, es sei denn, in der Physik bekommt man in Thermodynamik wesentlich weniger vermittelt als im Ingenieursstudium. wer weiß, vielleicht ist es ja auch umgekehrt, daß man im Ingenieursstudium weniger TD vermittelt bekommt. Oder stärker die unmittelbar anwendungsrelevanten Aspekte betont werden und die theoretischen Hintergründe dafür vernachlässigt werden. Und deswegen die Begriffe Axergie und Anergie nur behelfsmäßig eingeführt werden, sozusagen als Schmalspur-TD ;)

Kann aber auch sein, da man als Verfahrenstechniker halt nur mit Thermodynamik zu tun hat und sich halt sowas merkt. oder daß man als Verfahrenstechniker vornehmlich diejenige Aspekte der TD vermittelt bekommt, die man in der Verfahrenstechnik praktisch anwendet, und die tieferen theoretischen Grundlagen dabei zu kurz kommen.

Egal, selbt bei der Einführung in die Thermodynamik fallen diese Begriffe spätestens bei der Betrachtung der irreversiblen Vorgänge. also für irreversible Vorgänge reicht der Begriff der Entropie. Ein irrerversibler Prozeß ist einer, bei dem die Gesamtentropie (die des betrachteten Systems + die der Umgebung) zunimmt.

Nochmal, Energie = Exergie plus Anergie warum das nur bei konstanter Temperatur Sinn macht, habe ich dir ja bereits erläutert. Ich hab da mal gegoogelt und folgendes gefunden:

Die Gesamtenergie lässt sich in zwei Anteile zerlegen, in mechanisch nutzbare und nicht nutzbare Energie. Prozesse, in denen Exergie in Anergie umgewandelt wird, sind irreversible Prozesse. In reversiblen Prozessen findet keine Umwandlung von Exergie in Anergie statt.
zum einen sieht man hier sehr deutlich, daß die beiden Begriffe nur eine andere Methode sind, um das Konzept der Entropie zu erfassen. Die Umwandlung von Exergie in Anergie bei irreversiblen Prozessen ist nichts anderes als die Produktion von Entropie. In einem abgeschlossenen System mit konstanter Temperatur T wird durch Erzeugung einer Entropiemenge dS die Energiemenge TdS "entwertet", oder wenn man so sagen will: in Anergie umgewandelt. In einem solchen System kann man daher das Produkt T*S als Anergie auffassen und die restlichen Energie U-TS als Exergie. Aber einen solchen Zusammenhang zwischen Entropie und Energie gibt es eben nur für T=const.

Und zum zweiten steht da, daß es keine Umwandlungen von Anergie in Exergie gibt. Und das ist durch die Existenz von Wärmekraftmaschinen widerlegt: eine WKM, die mit zwei Wärmebädern der Temperaturen T1 und T2 > T1 arbeitet, kann, wenn man T1 beliebig klein macht, einen beliebig großen Anteil (nämlich 1-T1/T2) der dem heißeren Wärmebad entnommenen Wärme in Arbeit umwandeln. T1 kann zwar nicht Null werden (3. Hauptsatz der TD: T=0 ist unerreichbar), aber beliebig klein. Würde man demnach die zugeführte Wärme oder einen Teil von ihr als Anergie betrachten, würde das bedeuten, daß Anergie in Exergie umgewandelt wird.

Eine sinnvolle Alternative zum Konzept der Entropieproduktion ist das von Exergie und Anergie daher in Systemen mit konstanter Temperatur. Entropieproduktion ist allgemeiner, da auch für variable Temperatur gültig.

und die Entropie ist die rechnerische Erfassung der Irreversibiltät. Vielleicht habt ihr im Physikstudium halt die Energie in Exergie und Anergie nicht mehr unterschieden? haben wir in der Tat nicht. Dafür haben wir die Entropie ;)

Ist ja für Physiker nicht entscheidend, da sie keine Kraftwerke auslegen.
hat man in Kraftwerken nicht auch mit unterschiedlichen Temperaturen zu tun?

Vedek Bareil

2004-10-02, 20:41:26

Ui das schaukelt sich ja auf hier ;)
Ich bin auch (fast) Ingenieur und hab bis zu deinem Posting, Wuschel, noch nie was von Exergie und Anergie gehört. Mir erscheint diese Unterscheidung auch eher willkürlicher Natur zu sein, ich kann leider keinen systematischen Unterschied erkennen. naja, wie schon gesagt: in Systemen mit konstanter Temperatur beschreiben diese beiden Begriffe die Entropie. Und einen systematischen Unterschied zwischen viel und wenig Entropie solltest du schon erkennen können ;)

Denn wie und wann man eine Energieform nutzen kann hängt ja auch nicht unwesentlich vom "Technologielevel" ab, d.h. dass sich die Definitionen von A und E beständig ändern, aber dann bleibt da nicht mehr viel vom Definitionscharakter über, oder? nunja, kein Technologielevel ist in der Lage, die durch die Thermodynamik auferlegten Grenzen zu überwinden. Der technische Fortschritt mag dazu führen, daß man Wärmekraftmaschinen mit immer geringerer Entropieproduktion bauen kann, aber er wird niemals Maschinen erlauben, die Entropie vernichten.
D.h. eine bei T=const arbeitende Maschine wird niemals mehr als den Anteil U-TS der Energie U in Arbeit umsetzen können.

Vedek Bareil

2004-10-02, 20:54:22

Nochmal, Energie = Exergie plus Anergie und die Entropie ist die rechnerische Erfassung der Irreversibiltät. also um es nochmal anders auszudrücken: du scheinst zu denken, das Konzept der verwertbaren (Exergie) und nicht verwertbaren (Anergie) Energie sei das eigentlich fundamentale, und die Entropie sei nur eine Hilfsgröße, um Umwandlungen der einen Art von Energie in die andere zu beschreiben. Deswegen legst du auch so großen Wert darauf zu betonen, daß es die Energie an und für sich auch gar nicht gebe, sondern nur die Summe von Exergie und Anergie beschreibe.

Tatsächlich aber ist es genau anders herum. Die Entropie (=Maß für das Fehlen an Information über den Mikrozustand bei Kenntnis des Makrozustandes) und die Energie sind die fundamentalen Größen, und Exergie und Anergie sind nur Hilfsgrößen, um die Entwertung der Energie durch die Entropie zu erfassen, was aber in dieser Weise nur für T=const möglich ist.

Daß die Entropie ein fundamentaleres Konzept ist als Exergie und Anergie, zeigt sich z.B. daran, daß es auch bei variabler Temperatur verwendbar ist.

Edit: es zeigt sich auch an der mikroskopischen Deutung der Entropie, als Maß für den Mangel an Informationen über den Mikrozustand. Je größer dieser ist, desto größer ist die Unordnung des Systems (weil es mehr Mikrozustände gibt, die es einnehmen kann) und desto schwieriger wird es, die dem System innewohnende Energie abzuzapfen. Kann die Anergie da mithalten?

M²

2004-10-04, 17:52:41

Hi!

Also mir war es jetzt zu mühsam alles durchzulesen, also verzeiht wenn ihr es 2 mal hört:

Der umgekehrte Peltiereffekt geht, nur man muss ALLES genau umkehren:
Ein Peltier wird auf einer Seite heiß, auf der anderen kalt (Ist so eine Art Wärmepumpe).

Will man Strom rausziehen, muß man das Peltierteil an einer Stelle heiß machen und an der anderen kalt (z.B. mit Heizung und Kühlschrank). Jetzt kommt der Energieerhaltungssatz - Energie wird immer nur umgewandelt, nie zerstört oder erzeugt - zum tragen: Man braucht für die Heizung und den Kühlschrank mehr (wegen Widerstand & Co.; im theoretischen Fall gleich viel) Strom als man herausbekommt durch das Peltierelement.

MfG
M²