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Wirkungsgrad


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Der Wirkungsgrad ist allgemein das Verhältnis von Nutzen Aufwand bei einer Maschine beispielsweise das Verhältnis geleisteter Arbeit zu der für ihren Betrieb Energie oder das verhältnis von abgegebener zu Leistung .

Der Wirkungsgrad wird mit η (Eta) und hat einen Wert zwischen 0 und 1 oder in Prozenten ausgedrückt zwischen 0 und < 100 %.

Inhaltsverzeichnis

Wirkungsgrad Wertebereich

Der theoretisch mögliche Wert von 1 bzw. 100 % kann in der Praxis erreicht werden weil bei allen Vorgängen Energie Wärme oder Reibung in thermische Energie umgewandelt

Ein Wirkungsgrad größer als 1 entspräche Perpetuum Mobile erster Art was aufgrund des ersten der Thermodynamik nicht möglich ist.

Bei Wärmekraftmaschinen ist der ideale Wirkungsgrad Quotient aus der Differenz zwischen höchster Temperatur niedrigster Temperatur und der höchsten Temperatur im Prozess. Die Temperaturangaben sind dabei in Kelvin machen (siehe Carnot-Prozess ).

Gesamtwirkungsgrad

Arbeiten mehrere Maschinen hintereinander so werden Wirkungsgrade zu Gesamtwirkungsgrad der Anlage multipliziert.

Bsp:

  • Kraftwerk 40 % (0 4)
  • Trafo am Kraftwerk 95 % (0 95)
  • Trafo in der Nähe des Verbrauchers 95 (0 95)
  • Elektromotor im Haushalt 80 % (0 8)

Gesamtwirkungsgrad: 0 4 x 0 95 0 95 x 0 8 = 0 2888 oder 28 88 %

Wirkunggrade größer 100 %

Der bei Brennwertkesseln angegebene Wirkungsgrad von 100 % entsteht aus der Berechnungsformel. Dabei unter "aufgewendete Energie" der Heizwert des Brennstoffes angesetzt. Der Heizwert berechnet jedoch aus der frei werdenden Wärme abzüglich Verdampfungswärme für das bei der Verbrennung entstehende Im Unterschied zum "konventionellen" Heizkessel kann jedoch die niedrige Abgastemperatur im Brennwertkessel das verdampfte kondensieren. Die dabei frei werdene Verdampfungswärme wird ebenfalls der Nutzenergie zugeschlagen.

Wird der Wirkungsgrad nicht aufgrund des Heizwertes sondern des hohen Brennwertes des Brennstoffes berechnet tritt diese scheinbare des Brennstoffes nicht auf.

Ähnliches gilt für Wärmepumpen . Auch diese erreichen Wirkungsgrade von über %. Ursache ist auch hier die Vorgehensweise der Berechnung. Man teilt die nutzbare Wärmeleistung die aufgewendete elektrische Leistung. Die Wärmepumpe fördert Wärmeenergie nur aus der Umwelt und hebt auf ein höheres Temperaturniveau an. Dieser Teil Energie wird aber in der Berechnung nicht Aufwand einbezogen. Daher ist die bereitgestellte Wärmeleistung als die elektrisch aufgenommene Leistung.

Beispiele

Wirkungsgrad Beispiele

 Gerät Aufgewandte Nutzbare Wirkungsgrad Energie Energie Ottomotor Chemisch Mechanisch 20 % Dieselmotor Chemisch 35 % Kraftwerk Chemisch Elektrisch 40 % Kraftwerk mit Chemisch Elektr. + Kraft-Wärme Wärme % (5) Kopplung Elektromotor Elektrisch Mechanisch 60-95 Photosynthese Sonnenstrahlg Wärme 0 1-5 % Erzeugung (1) Biomasse und anschließende Verbrennung Kohle-Abbau Mechanisch 30 % (?) Abbau von (2) Kohle anschließende Verbrennung Sonnenkollektor Sonnenstrahlg Wärme 30-50 % Chemisch Wärme 80-90 % (?) Lagerfeuer Chemisch < 1 % (?) zum Kochen (3) Energie Gaskocher Chemisch Wärme 80-90 % Gaskocher % (?) zum Kochen nutzbare Energie Offener Chemisch Wärme 10-30 % Kohleofen Chemisch Wärme % Haushalt Kohleofen Chemisch Wärme 80-90 % Generator Mechanisch Elektrisch 95 % (6) Fahrraddynamo Elektrisch 20-45 % Solarzelle Sonnenstrahlung Elektrisch 10-30 (7) Brennstoffzelle Chemisch Elektrisch 50-80 % Transformator Elektrisch 95 % Lautsprecher Elektrisch akustisch 2 (?)  

Bemerkungen:

(1) Anteil der Sonnenenergie die zur Erzeugung Biomasse (z. B. Holz) genutzt wird die zur Verbrennung zur Verfügung steht.
(2) Energie der geförderten Kohle die zur zur Verfügung steht. Der größere Teil der Kohle erzeugt die für die Förderung der benötigte Energie (Zahl geschätzt).
(3) Ein Lagerfeuer setzt den Brennstoff mit hohem Wirkungsgrad Wärme um (Unterscheidung zwischen Brenn- und Heizwert beachten). Aber nur ein geringer Teil Wärme erhitzt einen Topf der über dem hängt. Der größte Teil erwärmt die umgebende
(4) Dies gilt für alle Wärmekraftwerke also Kohle Erdgas Erdöl und Kernenergie (siehe Carnot-Wärmekraftmaschine ).
(5) Der hohe Wert gilt nur dann die Wärme z. B. für Fernheizung auch wird.
(6) Gas- bzw. Wasserturbinen besitzen einen Wirkungsgrad 100 %. Es ist die Bereitstellung der (strömendes Gas Wasser) aus (4) die den begrenzt.
(7) Der Wirkungsgrad älterer Solarzellen (vor ca. Jahren bzw. im Laborstadium) ist so klein die Herstellung war so aufwändig dass die die sie während ihrer Lebensdauer erzeugt nicht die Energie für ihre Herstellung zu kompensieren.

Diese Überlegung gilt allgemein. Wieviel Energie z. B. ein Kraftwerk erzeugen um damit nur seinen Aufbau sondern am Ende auch vollständigen Abriss zu finanzieren.

Beispiele für den Wirkungsgrad von Lichtquellen siehe: Lichtausbeute

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