Aus urheberrechtlichen Gründen könne die aus Bücher
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Bemerkung zu den Texten und Bildern, die in der Vorlesung gezeigt wurden: Aus urheberrechtlichen Gründen könne die aus Büchern kopierten Abbildungen hier nicht eingeschlossen werden. Sie sind jeweils zitiert und sind aus folgenden Büchern entnommen: D.C. Giancoli, Physics, Principles with applications Prentice Hall, Englewood cliffs, 1980 H. Horvath Biologische Physik, HPT&BV, 2003 H. Vogel, Gehrtsen Physik Springer Berlin, 1995 P.A. Tipler, Physik. Spektrum Verlag, Heidelberg 1991 J. Schreiner Physik I, HPT&BV, Wien, 1982 G.S. Campbell An introduction to environmental Biophysics Springer New York, 1977 Scientific American, monatlich erscheinende Zeitschrift 1 2 ∆Q Umgebung System Systemgrenze ∆W ∆m 3 4 5 System 1 Th Th System 3 6 Für unsere Überlegungen: ∆W = F.∆s = p.A.∆s = p. ∆V Tipler fig 16.11 F = p.A ∆x 7 Bei der adiabatischen Expansion kühlt sich das Gas von der Temperatur T1 auf die Temperatur T2 ab, da die Moleküle am bewegten Kolben langsamer reflektiert werden. Tipler fig 16.18 Adiabatenkurve daher steiler als isotherme Kurve Die geleistete Arbeit ist die Fläche unter der Kurve, durch Integration ermittelbar 8 Bei Expansion von V1 auf V2 ist die Arbeit die Fläche unterhalb der Kurve Die Arbeit bei Expansion von V1 auf V2 ist größer als bei adiabatischer Expansion V1 V2 Tipler Fig. 15.10 9 Kolben leistet Arbeit, δW ist negativ, Volumen wird größer ∆V positiv Tipler fig 16.11 F = p.A ∆x 10 11 Änderung der kinetischen Energie Änderung der potentiellen Energie 12 ∆V• p Volumsarbeit 13 Wärmeisolation Keine Arbeit wird verrichtet Höhe gleich Kinetische Energie des Gases vernachlässigbar Wir können zwar den Vorgang der turbulenten Strömung nicht beschreiben, aber vor und nach der adiabatischen Drosselung ist die Enthalpie gleich. Eindeutigkeit. Betrachte ideales Gas welches expandiert und dabei Arbeit verrichtet: p 1 2 V 14 p 1 2 Analog für δQ. p 1 p 1 2 p 1 p 2 Bei der Expansion Aufgenommene Wärme 2 1 2 Bei der Expansion abgegebene Arbeit 15 Falls aber dU gegeben: Beispiel: Adiabatischer Drosselungsprozeß: Egal wie die Strömung verläuft, die Enthalpie nachher ist dieselbe wie vorher. 16 Änderung der Enthalpie pro Temperatur bei konstantem Druck 17 (später) 18 Wärmereservoir bei Temperatur T+ ∆Q+ ….. aus Reservoir bei T+ entnommene Wärme M ∆W….von Maschine abgegebene Arbeit ∆Q–……. an Reservoir bei T– abgegebene Wärme Wärmereservoir bei Temperatur T– (Umgebung) p 1 Expansion von 1 nach 2 liefert Volumsarbeit 2 V Beim Befüllen der Flasche muß (mindestens) diese Arbeit aufgewendet werden 19 p 1 p 1 2 2 V V Carnot: gedachter Prozeß, durch Kombination von isothermen und adiabatischen Kompressionen/Expansionen Wand hat konstante Temperatur T+, überträgt ∆Q+ 20 Wand ist wärmeisolierend Wand hat konstante Temperatur T–, nimmt ∆Q– auf Wand ist wärmeisolierend Dadurch wird wieder der Ausgangszustand erreicht p,V-Diagramm des Prozesses Die von der Maschine gelieferte Arbeit ist die von den Kurven eingeschlossene Fläche p 4 1 2 3 V 21 Geleistete Arbeit / aufgenommene Wärme Technische Realisierung des Carnot Prozesses von Rudolf Diesel versucht, jedoch nicht geglückt. Aber es entstand ein Motor hohen Wirkungsgrades Ähnlichkeiten mit Carnot Prozess: Einspritzen und Verbrennen des Treibstoffs ………………... Isotherme Expansion Expansion ………………….. Adiabatische Expansion Ausstossen des verbrannten Gemischs und Ansaugen frischer Luft ………….. Isotherme Kompression mit Wärmeabgabe an die Umgebung Kompression der frischen Luft ………….Adiabatische Kompression 22 Wärmereservoir bei Temperatur T+ ∆Q+ ….. an Reservoir bei T+ abgegebene Wärme WP ∆W….von Wärmepumpe aufgenommene Arbeit ∆Q–……. aus Reservoir bei T– aufgenommene Wärme Wärmereservoir bei Temperatur T– (Umgebung) Arbeit. Wir “konstruieren” eine Maschine bestehend aus zwei reversibel arbeitenden Wärmekraftmaschinen, die bei denselben Temperaturen verschiedene Wirkungsgrade haben. Eine der beiden Maschinen wird als Wärmepumpe betrieben. 23 M WP Die Arbeit der Maschine wird verwendet, um die Wärmepumpe zu betreiben, d.h. netto keine Arbeit. Wärmepumpe ist die Maschine mit dem schlechteren Wirkungsgrad. Daher mehr Wärme von der Wärmepumpe nach oben als Maschine M braucht. Daher netto Wärme von T– nach T+ Widerspruch zum 2. Hauptsatz, daher müssen alle reversibel quasistatischen Maschinen denselben Wirkungsgrad haben. Für den Carnot Prozeß ist oder 24 p A 1 4 B 2 D 3 C V 25 Derselbe Wert für Weg A - B - C oder A -D- C p 1 Adiabate Isotherme 2 V Aus dem Reservoir bei T+ entnommen An die Umgebung bei T– abgegeben 26 δQ 27 Gibt immer Wärme an die Umgebung ab: Benzin-, Dieselmotor: Heißer Auspuff, Abwärme vom Motor Dampflokomotive: Ausgestoßener Dampf (latente Wärme) Technik im Leben von heute. BI Verlag, Abb 7, 28 Für umgekehrten Carnot Prozeß: 29 Praktische Ausführung mit Verdampfen und kondensieren, wie bei Kraftwerk. Technik im Leben von heute. BI Verlag Verdampfen bei geringen Druck, daher tiefer Temperatur, Kondensieren bei hohem Druck daher hoher Temperatur Kraftwerk hat Wirkungsgrad 40% 1 J Wärme in 0.4 J Elektrizität Wärmepumpe hat Leistungsziffer 2.5, mit 1 J Elektrizität produziert sie 2.5J Wärme bzw., mit 0.4 J werden 1 J Wärme produziert Zusammenfassend: Kraftwerk verwendet 1 J Wärme um 0.4 J Elektrizität zu liefern Wärmepumpe verwendet 0.4 J Elektrizität um 1 J Wärme zu liefern. Emissionen von Schadstoffen eines Kraftwerks etwas leichter zu beherrschen als Emissionen von vielen kleinen Verbrauchern. 30 Ausnahme: Abwärme des Kraftwerkes wird genützt. Kraft-Wärme Kupplung. Technik im Leben von heute. BI Verlag Dampf der Turbine wird bei höherer Temperatur entnommen, Turbine wird mit etwas geringerem Wirkungsgrad betrieben, aber Wärme muß nicht “weggeworfen werden” — –1 “Energieersparnis” durch Wärmepumpe 31 In Gebäuden: Daher gute Wärmeisolation dichte Fenster. Kollektoren absorbieren mehr Wärme als Erdoberfläche, daher analog zum Treibhauseffekt!! Ausserdem wird das Land beschattet: weniger Landwirtschaft. “Das leidige Problem der Erwärmung der Flüsse kann man ganz leicht durch Kühlen des Flußwassers ungehen, aber die bösen … machen es nicht” . (Steht in einem populärwissenschaftlichen Buch über Umweltprobleme) Wir wissen: eine Wärmepumpe braucht für den “Transport” von Wärme genau die Energie auf die das Kraftwerk produziert. usw. usw. …... Bitte glauben Sie nicht jedermann!! 32 Z.B. Vergleich: Kokosnuß fällt aus 20 m Höhe auf den Kopf: Natürlich: völlig ungefährlich ????? Künstlich: Sehr gefährlich, kann mit dem Tod enden!!! Bitte glauben Sie nicht jedermann!! Z.B. Tachyonen: Spielerei der theoretischen Physiker, die steng mathematisch gefragt haben: Was wäre, wenn ein Teilchen schneller fliegt als das Licht: Dann hätte es u.a. eine komplexe Masse, ... Www.Quantenwelt.de, bemerkt dazu: Tachyonen sind hypothetische Teilchen, die ich hier nur erwähne, weil es viele Seiten im WWW gibt, die sich mit ihnen beschäftigen und ihnen die merkwürdigsten Eigenschaften zuschreiben. Fakt ist jedoch, dass Tachyonen bisher noch nie beobachtet wurden und dass es keine Theorie gibt, die Tachyonen so unbestreitbar voraussagt, wie die Dirac-Theorie die Antiteilchen. 33 Man schreibt den Tachyonen zu, dass sie sich schneller als Licht bewegen und nach Einsteins Realtivitättheorie nicht auf kleinere Geschwindigkeiten abgebremst werden können. Damit sind sie natürlich ein beliebtes Objekt für Science-Fiction Autoren, die nach Möglichkeiten von überlichtschneller Kommunikation suchen. Auch die Eigenschaft, in die Vergangenheit zu fliegen und damit Zeitreisen zu ermöglichen wird ihnen nachgesagt. Esoteriker schreiben Tachyonen mancherlei Heilwirkungen zu und es gibt sogar Produkte zu kaufen, die Tachyonen-Energie sammeln können sollen. Bei diesen Tachyonen handelt es sich offensichtlich nicht um Elementarteilchen, sondern um eine mystische Kraft die ich weiß nicht warum - den gleichen Namen bekommen hat. Die physikalischen Tachyonen zu medizinischen Zwecken einsetzen zu wollen wäre sinnlos, da es nicht möglich ist, die Wirkungen eines Teilchens zu erforschen das man nichteinmal nachweisen kann. Es gibt 16000 hompages über Tachyonen, meist um mit Tachyonen Energie angereicherte Produkte zu kaufen. Beispiel Tachyonen Fahrrad: In einem Buch welches zeigt daß es überall Energie im Überfluß gibt wird das Photo eines Radfahrers gezeigt, der die Füße weit weg vom den Pedalen streckt und sich mit “Tachyonen Energie” fortbewegt. Bemerkung: Beim genauen Hinsehen fährt der Radfahrer bergab Anderes Beispiel: Raumquantenmotor: Zitat Aus Salzburger Nachrichten (z.T. wortident mit Wissenschaftsseite im Standard), Artikel mit dem Titel: Strom aus dem „magnetischen Strömungsmantel“ der Erde Schweizer „Raum-Quanten-Motor“ vor Marktreife – Geräuscharm und schadstofffrei 34 Wien, Rapperswil (SN, APA). Der Strom kommt zwar auch in Zunkunft aus der Steckdose, doch von woher gelangt er dort hinein? In der Schweiz dürfte in intensiven Forschungen eine neue Alternativ-Energiequelle entdeckt worden sein: der „magnetische Strömungsmantel“ der Erde. Dessen „Kraft“ soll mittels eines „Raum-Quanten-Motors“ (RQM) in elektrische Energie umgewandelt werden. Diese Maschine wurde von der Raum-Quanten-Motoren AG in Rapperswil (Kanton St. Gallen) entwickelt und steht nach Angaben des Unternehmens vor der Marktreife. RQM-Geschäftsführer Jean-Marie Lehner rechnet mit der Auslieferung der ersten Raum-Quanten-Motoren ab Mitte 1995. Wie funktioniert nun ein RQM? Zum Verständnis ist zunächst eine gehörige Portion Physik nötig. Lehner definiert drei Grundlagen für seinen Motor: Da ist einmal die erwähnte RQSm, die vom Schweizer Atomphysiker Oliver Crane (1932-1992) durch die Erweiterung der Feldtheorie von Albert Einstein „gefunden“ wurde. Sein Ansatz: Entgegen der gängigen Lehrmeinung ist der Raum zwischen den Elementarteilchen nicht leer, sondern besteht ebenso wie die Materie aus „Raum-Quanten“ (ist also eine Art „Äther“). Nach Lehners Darstellung wurde RQSm 1991 vom Physiker Christian Monstein mittels 300 Computermessungen nachgewiesen. ….. Zweitens gelangt die Strömungslehre nach Daniel Bernoulli (1700-1782) im Rahmen von RQM zu neuen Ehren. Dritter Faktor sind hochfrequente mechanische Druck-, Gravitations- oder Schwerkraftwellen, die uns auf die Erde „drücken“. Zur Erklärung: Bei RQM ist der physikalische Begriff der „Anziehung“ ersetzt worden durch „äußerer Anpressdruck“, weil zwischen zwei Körpern, die sich „gegenseitig anziehen“, nach der Strömungslehre von Bernoulli eine Unterdruckzone entsteht, und zwar durch gleichgerichtete Strömungen, denn entgegengesetzte Strömungen stoßen einander gegenseitig ab. Der eigentliche Punkt für RQM war aber die Entdeckung des „gyromagnetischen Effektes“ durch den amerikanischen Physiker Samuel Jackson Barnett im Jahr 1942. Demnach erzeugen nichtmagnetisierte, ferromagnetische Stoffe während ihrer Rotation ein Magnetfeld. Und genau diesen Effekt nützt der Raum-QuantenMotor zur Energieproduktion. 35 Nach aller theoretischer Basis mutet es einigermaßen skurril an, wenn RQM-AG-Geschäftsführer Jean-Marie Lehner meint: „Das Verfahren ist einfach.“ Nun denn: Grundsätzlich könne ein RQMGenerator als „Elektronen-Pumpe“ betrachtet werden, die eine Ladungsverschiebung bewirke. Der daraus resultierende PotentialUnterschied steht als elektrische Spannung zur Verfügung. Der eigentliche Energielieferant für den Raum-Quanten-Motor sind hochfrequente mechanische Schallwellen im Bereich von 10 hoch 23 Hertz („Phononen“), die „überall vorhanden sind“, so der Prospekt der RQM AG. Dieses Energiepotential ist demnach vergleichbar mit der 100- bis 1000fachen Sonnenenergie und kann rund um die Uhr umgewandelt werden. Der Strom aus dem Raum-Quanten-Motor – er arbeitet laut Lehner geräuscharm und bewirkt weder Kohlenwasserstoff- noch radioaktive Emissionen – könne für Kraftwerke, Privathaushalte, Gewerbe, Industrie, Autos, Lokomotiven und zur Unterstützung der Solartechnik eingesetzt werden. Produziert wird vom RQM ein „pulsierender“ Gleichstrom, der mit einem nachgeschalteten Wandler auch in Wechselstrom umgesetzt werden kann. Somit ist eine Netzkoppelung wie bei Photovoltaik-Anlagen möglich. Mit Kenntnissen dieser Vorlesung werden Sie sicherlich Widersprüche in der Argumentationskette finden und hoffentlich nicht auf eine Anzeige reagieren, die ich in einer esotherischen Zeitschrift fand. 36 Raumquanten-Motor RQM-25 Für ernstliche Interessenten können wir noch Motoren aus der ersten Serie durch Zeichnung von Optionen vermitteln. Lieferbar: Ab Mitte 1994. Nachfolgende Serien voraussichtlich erst ab 95/96. Optionspreis DM 6.000,- Rest ca. DM 14.000,- bei Lieferung. Leistung: Startleistung 30-45 kW, Dauerleistung aus stehenden Wellen 38 kW. Elektrische Leistung 20-30 kW, Gesamtwirkungsgrad 0,8 bis 0,9. Abmessungen: (H x B x T) 70 x 49 x 50 cm. Gewicht: 200 kg. Der Motor hat keine beweglichen Teile und somit keinen Verschleiß. Individueller Verbraucheranschluß (ob als Hauskraftwerk, in Fahrzeugen etc) durch nachschaltbare Wandler ist jederzeit möglich. Da mich die Firma für Optionszeichnungen aus der ersten Serie autorisiert hat, wenden Sie sich an mich. Es folgt der Name des Repräsentanten in Österreich. Schluß-Schlußbemerkung: Sollten Sie einmal physikalisch “überfordert” sein z.B. weil Sie bei der Diplomarbeit ein physikalisches Problem lösen müssen, so kontaktieren Sie mich bitte!! Z.B. [email protected] 37
