Ausgewählte Beispiele der Energieumwandlung Günter Eisen 0/25

Vorlesung im Modul AL-P4 Ausgewählte Beispiele der Energieumwandlung Vorlesung im Modul AL-P4 Sommersemester 2011 Dienstags 1415 bis 15.45 Uhr Günter Eisen 0/25

11. März 2011 Fukushima Ausgewählte Beispiele der Energieumwandlung Günter Eisen 0/25

Ausgewählte Beispiele der Energieumwandlung 1. Einleitung Ausgewählte Beispiele der Energieumwandlung Ausgewählte Beispiele der Energieumwandlung Ausgewählte Beispiele der Energieumwandlung 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. Günter Eisen 1/25

Ausgewählte Beispiele der Energieumwandlung 1. Einleitung Ausgewählte Beispiele der Energieumwandlung Ausgewählte Beispiele der Energieumwandlung Ausgewählte Beispiele der Energieumwandlung Beispiel (lat. exemplum) Veranschaulichender Beleg einer Aussage Günter Eisen 1/25

Ausgewählte Beispiele der Energieumwandlung 1. Einleitung Ausgewählte Beispiele der Energieumwandlung Ausgewählte Beispiele der Energieumwandlung Formulieren 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. Günter Eisen 1/25

Welche Einheit ist keine Energieeinheit? Ausgewählte Beispiele der Energieumwandlung 2. Test Welche Einheit ist keine Energieeinheit? kgSKE Kilogramm Steinkohleeinheit J Joule kWh Kilowattstunden PS Pferdestärke Nm Newtonmeter Günter Eisen 1/25

Welches Projekt ist kein Energieprojekt? Ausgewählte Beispiele der Energieumwandlung 2. Test Welches Projekt ist kein Energieprojekt? Alpha Ventus Desertec Nabucco Dominion Andersol Günter Eisen 1/25

Welches Gerät erzeugt prozentual die größte Verlustenergie? Ausgewählte Beispiele der Energieumwandlung 2. Test Welches Gerät erzeugt prozentual die größte Verlustenergie? Elektrische Zahnbürste Automobil Energiesparlampe Elektrische Kaffeemaschine Tischkreissäge Günter Eisen 1/25

Welches Vorzeichen ist falsch? 10 mm = 0,01 m 0,2 kg = 200 g Ausgewählte Beispiele der Energieumwandlung 2. Test Welches Vorzeichen ist falsch? 10 mm = 0,01 m 0,2 kg = 200 g 1 kWh = 3600 Ws 1 T Byte = 1 000 000 000 Byte 10000 mm² = 0,01 m² Günter Eisen 1/25

Ein 4 Personenhaushalt verbraucht am meisten Energie für …. Ausgewählte Beispiele der Energieumwandlung 2. Test Ein 4 Personenhaushalt verbraucht am meisten Energie für …. Beleuchtung. Heizung Warmwasser Kühlen/Gefrieren und waschen Kochen Günter Eisen 1/25

Welches Gerät benötig die meiste Energie? Kühlschrank Handkreissäge Ausgewählte Beispiele der Energieumwandlung 2. Test Welches Gerät benötig die meiste Energie? Kühlschrank Handkreissäge Haartrockner (Fön) Microwelle Laserpointer Günter Eisen 1/25

Ausgewählte Beispiele der Energieumwandlung 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 Günter Eisen 1/25

Energie: griechisch – en-ergon = innere Arbeit Ausgewählte Beispiele der Energieumwandlung 3. Definitionen Energie: griechisch – en-ergon = innere Arbeit Die Einheit der Energie ist das Joule J nach dem britischen Physiker James Prescott Joule (1818-1889) 1 J = 1 Nm = 1 kgm²s-² = 1 Ws = 0,24 CAL 1 J = 3,310-8 kgSKE = 2,810-7 kWh = 61018 eV Günter Eisen 1/25

3.1 Umrechnung verschiedener Energieeinheiten Ausgewählte Beispiele der Energieumwandlung 3.1 Umrechnung verschiedener Energieeinheiten Günter Eisen 2/25

η = Eab/ Ezu 4. Wirkungsgrad Ausgewählte Beispiele der Energieumwandlung 4. Wirkungsgrad η = Eab/ Ezu Günter Eisen 20/25

η = η1x η2x η3 0,06=0,45x0,95x0,14 4.1 Wirkungsgrad Ausgewählte Beispiele der Energieumwandlung 4.1 Wirkungsgrad einer Leuchtstofflampe η = η1x η2x η3 0,06=0,45x0,95x0,14 Günter Eisen 21/25

4.2 Weltenenergieverbrauch Ausgewählte Beispiele der Energieumwandlung 4.2 Weltenenergieverbrauch Weltendenergieverbrauch 2005 305.090 PJ Davon 43,71% Mineralöl 19,52% Gas 13,86% Kohle 20,37% Regenerative Energie 2,54% Kernkraft Deutschland 2005 10.570 PJ 37,7% 32,1% 18,3% 6,4% 5,7% Günter Eisen 22/25

Einschub: Rechnen mit Zehnerpotenzen Ausgewählte Beispiele der Energieumwandlung Einschub: Rechnen mit Zehnerpotenzen 10-18 = a (Atto) = 0,000 000 000 000 000 001 10-15 = f (Femto) = 0,000 000 000 000 001 10-12 = 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 = --- = 1 103 = k (Kilo) = 1000 106 = M (Mega) = 1000 000 109 = G (Giga) = 1000 000 000 1012 = T (Tera) = 1000 000 000 000 1015 = P (Peta) = 1000 000 000 000 000 1018 = E (Exa) = 1000 000 000 000 000 000 Video: Zehn hoch Günter Eisen 3/25

Bei der Benennung großer Zahlen Ausgewählte Beispiele der Energieumwandlung !!!!!!Achtung !!!!!! Bei der Benennung großer Zahlen Potenz deutsch amerikan. 106 Million million 109 Milliarde billion 1012 Billion trillion 1015 Billiarde quadrillion 1018 Trillion quintillion Günter Eisen 3a/25

Ausgewählte Beispiele der Energieumwandlung !!!!!!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. Günter Eisen 3b/25

Das neue Grundmaß sollte neutral, bequem zu handhaben sein, Ausgewählte Beispiele der Energieumwandlung 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 und jederzeit reproduzierbar sein. Günter Eisen 2b/25

Ausgewählte Beispiele der Energieumwandlung 5. Rückblick Man entschied, das System auf dem „Meter“ aufzubauen, abgeleitet vom griechischen „Metron“ für Maß. Dafür sollte der zehnmillionste Teil (1/10 000 000) eines Längengrads zwischen Nordpol Äquator ermittelt werden. Günter Eisen 2b/25

Sie brauchten sieben Jahre Ausgewählte Beispiele der Energieumwandlung 5. Rückblick Diese gewaltige Aufgabe übernahmen die Astronomen Jean-Baptiste Delambre und Pierre Méchain Sie maßen die Strecke zwischen Barcelona und Dünkirchen aus und berechneten daraus die Entfernung zwischen Nordpol und Äquator. Sie brauchten sieben Jahre Günter Eisen 2b/25

5. Rückblick Ausgewählte Beispiele der Energieumwandlung Günter Eisen

5. Rückblick Ausgewählte Beispiele der Energieumwandlung Günter Eisen

Ausgewählte Beispiele der Energieumwandlung 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 Günter Eisen 2b/25

6. Erscheinungsformen der Energie Ausgewählte Beispiele der Energieumwandlung 6. Erscheinungsformen der Energie => Arbeit => Wärme => Mechanische Bewegungsenergie => Mechanische Ruheenergie (potentielle Energie) => Energie elektrischer Ströme und Ladungen => Energie elektromagnetischer Strahlung und Felder => Chemische (Bindungs)-Energie => Nukleare (Bindungs)-Energie Problem ist die Nutzbarmachung der verschiedenen Energieformen  Sie haben in der Technik eine unterschiedliche Wertigkeit Günter Eisen 5/25

E = mc² Fundamentaler Zusammenhang zwischen Masse und Energie Ausgewählte Beispiele der Energieumwandlung Fundamentaler Zusammenhang zwischen Masse und Energie E = mc² Energieinhalt in 1 kg Materie: E = 91016 J = 2,51010 kWh entspricht dem Energiebedarf Deutschlands in zwei Tagen Günter Eisen 4/25

1.2.1 Arbeit Ausgewählte Beispiele der Energieumwandlung Günter Eisen 6/25

1.2.2 Wärme Ausgewählte Beispiele der Energieumwandlung Günter Eisen 7/25

Ausgewählte Beispiele der Energieumwandlung Die Kilocalorie (kcal) war früher die Basiseinheit für die Wärmeenergie. 1 kcal ist die Wärmeenergie, die benötigt wird, um 1 kg Wasser um 1o Celsius zu erwärmen. 1 kcal = 4186,8 J Günter Eisen 7a/25

1.2.3 Mechanische Bewegungsenergie Ausgewählte Beispiele der Energieumwandlung 1.2.3 Mechanische Bewegungsenergie Günter Eisen 8/25

1.2.4 Mechanische Ruheenergie Ausgewählte Beispiele der Energieumwandlung 1.2.4 Mechanische Ruheenergie Günter Eisen 9/25

Ausgewählte Beispiele der Energieumwandlung 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? Günter Eisen 9a/25

Ausgewählte Beispiele der Energieumwandlung Lösung 1: E = 80 x 9,81N x 10m = 7848 Nm = 7,848 kJ Lösung 2: 1m³ Wasser hat eine Masse von 1t=1000kg E = 5000 x 1000 x 9,81N x 300m = 14715 x 106Nm = 14,715GJ Günter Eisen 9b/25

1.2.5 Energie der elektromagnetischen Strahlung Ausgewählte Beispiele der Energieumwandlung 1.2.5 Energie der elektromagnetischen Strahlung Günter Eisen 10/25

1.2.6 Energie des elektrischen Stromes Ausgewählte Beispiele der Energieumwandlung 1.2.6 Energie des elektrischen Stromes Günter Eisen 11/25

Ausgewählte Beispiele der Energieumwandlung 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? Günter Eisen 11a/25

Lösung 2: E = 150 W x 30 Min. = 75 Wh = 75 x 3,6 kJ = 270 x 103J Ausgewählte Beispiele der Energieumwandlung 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 Günter Eisen 11b/25

Ausgewählte Beispiele der Energieumwandlung 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 Günter Eisen 11c/25

1.2.7 Chemische Energie Ausgewählte Beispiele der Energieumwandlung Günter Eisen 12/25

Ausgewählte Beispiele der Energieumwandlung 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 Günter Eisen 12a/25

1.2.8 Nukleare Energie (Kernspaltung) Ausgewählte Beispiele der Energieumwandlung 1.2.8 Nukleare Energie (Kernspaltung) Günter Eisen 13/25

1.2.8 Nukleare Energie (Kernfusion) Ausgewählte Beispiele der Energieumwandlung 1.2.8 Nukleare Energie (Kernfusion) Günter Eisen 14/25

1.3 Erhaltung der Energie Ausgewählte Beispiele der Energieumwandlung Günter Eisen 15/25

1.4 Energiewandlung - Emissionen Ausgewählte Beispiele der Energieumwandlung 1.4 Energiewandlung - Emissionen Die Erzeugung von (Nutz)-Energie ist verbunden mit Emissionen. Günter Eisen 16/25

1.4 Energiewandlung - Emissionen Ausgewählte Beispiele der Energieumwandlung 1.4 Energiewandlung - Emissionen Emissionen während 75 Jahre pro Person durch 100% durch 100% Kohlestrom Atomstrom Günter Eisen 17/25

1.5 Primär-, End- und Nutzenergie Ausgewählte Beispiele der Energieumwandlung 1.5 Primär-, End- und Nutzenergie Günter Eisen 18/25

1.5 Primär-, End- und Nutzenergie Ausgewählte Beispiele der Energieumwandlung 1.5 Primär-, End- und Nutzenergie Günter Eisen 19/25

1.8 Energieverbrauch nach Energiequellen Ausgewählte Beispiele der Energieumwandlung 1.8 Energieverbrauch nach Energiequellen Günter Eisen 23/25

1.9 Energieverbrauchsentwicklung Ausgewählte Beispiele der Energieumwandlung 1.9 Energieverbrauchsentwicklung Günter Eisen 24/25

Ausgewählte Beispiele der Energieumwandlung MUCHAS GRACIAS VIELEN DANK MERCIBEAUCOUP MUITO OBRIGADO THANK YOU VERY MUCH Günter Eisen 25/25