15 21 Wie heiß war der Big Bang? In Ruhe leistet der menschliche Körper etwa 1 W pro Kilogramm. Der Körper eines Jugendlichen mit 50 kg leistet also in Ruhe rund 50 W. Pro Sekunde werden also 50 J chemische Energie aus den Körperspeichern umgewandelt. Ein untrainierter Mensch kann auf Dauer etwa 100 W mechanische Leistung abgeben – nicht wirklich viel. Um ein Backrohr mit 3000 W zu betreiben, wären also 30 Menschen nötig (B 21.35) – ein ziemliches Gedränge! Das Beispiel zeigt, wie ungeheuer viel Energie im Strom steckt. Wenn du Sport machst, dann wird dir warm. Das ist für dich so normal und gewohnt, dass du nicht großartig darüber nachdenkst. Aber warum ist das eigentlich so? Immer dann, wenn eine Energieform in eine andere umgewandelt wird, entsteht – leider – auch Wärmeenergie. Das ist deshalb schlecht, weil die Wärmeenergie der Friedhof der Energie ist und in den meisten Fällen einfach so verpufft, ohne dass man damit noch etwas anfangen kann. B 21.36 Energieflüsse bei einer Ausdauerleistung des Menschen (a) und bei einer veralteten Glühbirne (b) Bei Ausdauerleistungen werden zum Beispiel nur 25 % der chemischen Energie für die Bewegung genützt (B 21.36 a), die restlichen 75 % heizen deinen Körper ( A 20 ). Das bedeutet, dass ¾ der chemischen Energie eigentlich nutzlos verpufft. Wie groß der Prozentsatz der verwendbaren Energie ist, wird durch den Wirkungsgrad beschrieben. Auf unser Beispiel angewendet kann man also sagen: Der Wirkungsgrad bei Ausdauerleistungen beträgt 25 %. Bei einer alten Glühbirne beträgt der Wirkungsgrad sogar bloß 5 % (B 21.36 b). Es können also nur 5 % der elektrischen Energie für den eigentlichen Zweck der Lichterzeugung genutzt werden, also in Strahlungsenergie des Lichts umgewandelt werden ( A 19 ). LED-Lampen haben aber einen Wirkungsgrad von 25 bis 35 %. Sie sind daher 5 bis 7-mal so ergiebig wie die alten Glühlampen. Sie benötigen bei gleicher Helligkeit viel weniger Energie, und das schont die Geldbörse und natürlich auch die Umwelt. Prozess/Gerät welche Energiearten umgewandelt werden Wirkungsgrad in % historische Dampfmaschine chemische Energie in Bewegungsenergie 3 Glühlampe elektrische Energie in Strahlungsenergie 5 handelsübliche Solarzelle Strahlungsenergie in elektrische Energie 15–20 Mensch Dauerleistung chemische Energie in Bewegungsenergie 25 handelsübliche LED elektrische Energie in Strahlungsenergie 25–35 Verbrennungsmotor chemische Energie in Bewegungsenergie 35–40 Windkraftanlage mechanische Energie in elektrische Energie 50 Wasserkraftwerk Lageenergie in elektrische Energie 80–90 Elektromotor elektrische Energie in Bewegungsenergie 94–9,5 T 21.3 Einige Richtwerte für Wirkungsgrade Je höher der Wirkungsgrad, desto umweltschonender ist ein Vorgang, weil weniger Energie verprasst wird. Deshalb war die Maßnahme, die herkömmlichen Glühlampen zu verbieten sehr sinnvoll. Oder nimm an, dass die Solarzellen in einem Solarpark (B 21.37) einen Wirkungsgrad von 20 % haben. Wenn es in naher Zukunft möglich ist, diesen Wirkungsgrad auf sagen wir 40 % zu steigern, dann kannst du doppelt so viel elektrische Energie erzeugen und die Solarparks viel effizienter machen. Physik und die Weiterentwicklung der Technik sind also für die Zukunft unseres Planeten eine sehr wichtige Sache! B 21.37 Ein Solarpark Kurz zusammengefasst Wenn Energie ihre „Verpackung“ ändert, dann gibt die Leistung an, wie viele Joule pro Sekunde bei diesem Vorgang in eine andere Energieform umgewandelt werden. Die Leistung hat die Einheit Watt und es gilt: 1W = 1 J/s. Der Wirkungsgrad gibt wiederum an, welcher Prozentsatz der Energie bei dieser Energieumwandlung genutzt werden kann. Der Rest geht in Form von Wärmeenergie verloren. Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv
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