Erklärung — Nutzen durch Aufwand
Jedes Gerät nimmt Energie auf und gibt Energie ab — aber nur ein Teil davon ist die Energie, die du haben willst.
- Aufwand:Die Energie, die dem Gerät zugeführt wird.
- Nutzen:Beim Wasserkocher die Wärme im Wasser, bei der Lampe das Licht.
- Wirkungsgrad \( \eta \):Der griechische Buchstabe „eta“ vergleicht diesen Nutzen mit dem Aufwand.
Die Energiebilanz der Waage: Links liegt die zugeführte Energie in zehn Blöcken, rechts stehen zehn Plätze für nutzbare Energie und Abwärme bereit. Die Waage steht erst im Gleichgewicht, wenn rechts insgesamt so viel Energie markiert ist wie links zugeführt wurde.
Halte fest: Die Waage steht erst dann waagerecht, wenn rechts neben dem nutzbaren Teil auch die Abwärme markiert ist — zugeführte Energie = nutzbare Energie + Abwärme. Der Wirkungsgrad ist der nutzbare Anteil der zugeführten Energie.
Wirkungsgrad, eine Zahl ohne Einheit.
Nutzbar abgegebene Energie in Joule (J).
Zugeführte Energie in Joule (J).
Warum η immer kleiner als 1 ist
Die Differenz \( E_{\text{zu}} - E_{\text{nutz}} \) verschwindet nicht, sondern geht als Wärme an die Umgebung.
- Wärme:Sie ist so fein verteilt, dass sie sich nicht mehr nutzen lässt.
- Energieentwertung:So heißt dieser Vorgang — deshalb ist \( \eta \) stets kleiner als 1.
- Angabe in Prozent:Wert mal 100, also \( \eta = 0{,}45 \) heißt 45 %.
- Bei 45 % werden 45 % der zugeführten Energie genutzt und 55 % als Wärme entwertet.
Hinweise
Drei Punkte, die beim Rechnen mit \( \eta \) immer wieder Probleme machen.
\( \eta \) hat keine Einheit — ein Ergebnis wie „0,6 J“ ist falsch.
Statt der Energien darfst du die Leistungen derselben Zeitspanne einsetzen: \( \eta = \dfrac{P_{\text{nutz}}}{P_{\text{zu}}} \).
Kommt ein Wert über 1 bzw. über 100 % heraus, hast du Nutzen und Aufwand vertauscht.