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Energieentwertung

Energie bleibt erhalten, verliert aber bei jeder Umwandlung an Brauchbarkeit — deshalb scheitert jedes Perpetuum mobile.

1 Einstieg

Energie geht nicht verloren — sie wird entwertet

Das Benzin ist weg, die Energie ist trotzdem noch da — am Ende als laue Wärme. Die Menge bleibt gleich, die Brauchbarkeit nicht.

Brennstoff 100 % Nutzarbeit 30 % Abwärme 70 % Reibung, Luftwiderstand am Ende 100 % laue Wärme Menge gleich, Wert kleiner

Zwei Aussagen gehören dabei zusammen.

  • Energieerhaltung:Die Gesamtmenge an Energie ändert sich nie.
  • Energieentwertung:Bei jeder Umwandlung wird ein Teil zu Wärme bei Umgebungstemperatur.
  • Folge:Diese Wärme lässt sich nicht mehr nutzen.
2 Erklärung

Zwei Sorten Perpetuum mobile — beide unmöglich

Ein Perpetuum mobile soll ohne Nachschub dauerhaft laufen.

  • Wortbedeutung:Lateinisch für „ständig Bewegtes“.
  • Zwei Bauvorschläge:Man unterscheidet die 1. und die 2. Art.
  • Beide scheitern — aber an verschiedenen Gesetzen.
Maschine Arbeit nichts hinein 1. Art verstößt gegen die Energieerhaltung Maschine Wärme Arbeit keine Abwärme 2. Art verstößt gegen η < 1
Merke

Warum beide scheitern:

Weder Energie aus dem Nichts noch Arbeit ohne Abwärme

1. Art: Sie soll Arbeit abgeben, ohne Energie aufzunehmen. Das widerspricht der Energieerhaltung.

2. Art: Sie soll Wärme vollständig in Arbeit umwandeln. Das widerspricht \( \eta_{\max} = 1 - \tfrac{T_k}{T_h} \).

Kalte Seite: Ohne sie gibt es keine Arbeit — mit ihr bleibt immer Abwärme.

Ein Schiff, das die Wärme des Meerwassers anzapft, wäre ein Perpetuum mobile der 2. Art.

  • Energie genug:Im Meer steckt riesig viel innere Energie.
  • Zu entwertet:Das ganze Meer hat dieselbe Temperatur.
  • Ohne Temperaturunterschied läuft kein Motor.
Interaktiv

Gleiche Energie, anderer Wert

Sechs Karten tragen jede genau 1 kJ Energie und werden nach ihrem Wert geordnet: links die am stärksten entwertete Energie, rechts die wertvollste. Die Umgebung ist 20 °C warm.

Gleiche Energie, anderer Wert

Halte fest: Alle Karten tragen dieselbe Energiemenge — nutzbar ist von Wärme nur der Anteil \( 1 - \tfrac{T_u}{T} \) mit \( T_u = 293\ \mathrm K \). Wärme auf Umgebungstemperatur ist vollständig entwertet, elektrische Energie dagegen noch gar nicht.

3 Hinweise

Worauf du achten musst

„Verbraucht“ ist Umgangssprache

Energie wird nie verbraucht, nur entwertet. Sie wird in eine schlechter nutzbare Form umgewandelt.

Die beiden Arten nicht verwechseln

1. Art: Energie aus dem Nichts. 2. Art: Energie ist da, wird aber vollständig genutzt.

Viel Energie ≠ nutzbare Energie

Im Meer steckt riesig viel innere Energie. Nutzbar ist sie nur, wenn es irgendwo kälter ist.

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