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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
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

Umgebung 20 °C

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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