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DD: Didaktik der Physik

DD 6: Aus dem Unterricht für den Unterricht II

DD 6.4: Vortrag

Montag, 15. März 2004, 15:20–15:40, 5K

Wirkungsgrade bei der Nutzung chemischer Energiequellen — •Georg Job — Institut für Physikalische Chemie, Bundesstraße 45, 20146 Hamburg

Ein Großteil der technisch genutzten Energie stammt aus chemischen Quellen. Kohle, Erdöl, Erdgas, Holz usw. zusammen mit Luftsauerstoff sind hierbei die Energieträger. Wieviel Energie tragen sie und welchen Anteil davon gelingt es zu nutzen – in Öfen, Motoren, Brennstoffzellen? Die Standardantwort auf die erste Frage lautet, die bei der Verbrennung entwickelte Wärme Q. Das scheint plausibel bei einer exothermen Reaktion. Mit einer nachgeschalteten Wärmekraftmaschine lässt sich ein Teil von Q als Arbeit nutzen, im Idealfall bekanntlich der Anteil (T − T′)/T, wenn T und T′ die Temperaturen sind, bei der die Wärme zu- bzw. abfließt. Gelingt es, genügend hohe Reaktionstemperaturen zu erreichen, T ≫ T′, dann lässt sich Q fast vollständig als Arbeit nutzen. Das stützt die Auffassung, dass Q als Bezugsgröße für die Angabe eines Wirkungsgrades sinnvoll gewählt ist. Was aber bei Reaktionen mit Q < 0 oder Q = 0? Darauf bezogen, würden die Wirkungsgrade negativ oder gar unendlich werden. Auch solche Vorgänge können Energie liefern, aber auf wessen Kosten und mit welchem Wirkungsgrad? Es wird gezeigt, dass sich darauf eine einheitliche Antwort geben lässt - für exotherme und endotherme Vorgänge gleichermaßen.