Gasthörer- und Seniorenstudium an der Universität zu Köln.
Arbeitskreis zur Geschichte der Energienutzung im Wintersemester 2016/17 Geschichte der
3. Was ist Energie?
R. Storz Stand 25.07.2016
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Was verstehen wir unter Energie?
Die Griechen hätten vor mehr als 2000 Jahren beobachtet, so sagt man, es gäbe unterschiedliche schwarze Steine.
Manche könne man ins Feuer legen, wodurch sie sich erwärmen, aber sonst nicht verändern. Andere schwarze
Steine (Kohlebrocken) beginnen sich stark zu erhitzen (zu verbrennen) und geben viel Wärme ab, wobei sie zu Asche werden. In diesen letzteren Steinen, so schlossen die Griechen, müsse etwas geheimnisvolles verborgen sein, was im Feuer seine Wirkung entfaltet.
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Was verstehen wir unter Energie?
Energie von (altgr. ν en „innen“ und ργον ergon „wirken“
Heute ist Energie eine fundamentale physikalische Größe, die in allen Teilgebieten der Physik sowie in der Technik, Chemie, Biologie und der Wirtschaft eine zentrale Rolle spielt. Ihre SI-Einheit ist Joule. Die frühere Einheit Kalorie wurde schon auf der 9. internationalen Konferenz für Maße und Gewichte im Jahre 1948 abgeschafft und sollte daher nicht mehr benutzt werden.
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ἐἔ )
Was verstehen wir unter Energie?
Wir unterscheiden zwischen: ●
thermischer Energie (Wärme)
kinetischer Energie
● chemischer Energie ●
elektrischer Energie ●
potentieller Energie
● atomarer Bindungsenergie
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●
Was verstehen wir unter Energie?
Bei der Atomkernspaltung wird atomare Bindungsenergie in kinetische Energie der atomaren Bruchstücke und diese durch Abbremsung der Bruchstücke zunächst in thermische Energie und im Kraftwerk dann weiter über mechanische Energie in elektrische Energie umgewandelt. Aus Masse wird Energie!
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Was verstehen wir unter Energie?
Jede Energieform kann in andere Energieformen umgesetzt werden.
Wie bei einem Bergsturz oder einer Lawine, bei denen potentielle Energie (Energie der Lage) in kinetische Energie der bewegten Masse umgesetzt wird, die beim Auftreffen auf Häuser großen Schaden verursacht und häufig Menschen den Tod bringt.
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Lawine
E n g l i s h : S t a r t i n g p o w d e r s n o w a v a l a n c h e
1 5 F e b r u a r y 2 0 0 7 S o u r c e O w n w o r k A u t h o r S c i e n t i f 3 8
D a t e
T h i s f i l e i s l i c e n s e d u n d e r t h e C r e a t i v e C o m m o n s A t t r i b u t i o nS h a r e A l i k e 3 . 0 U n p o r t e d l i c e n s e .
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Was verstehen wir unter Energie?
Wir unterscheiden zwischen Arbeit und Leistung.
In der Elektrotechnik multiplizieren wir die Spannung (in Volt) mit der Stromstärke (in Ampere) und erhalten die Leistung (in Watt). 1.000W = 1kW
Nutzen wir diese Leistung über eine gewisse Zeit so müssen wir die Leistung mit der Zeit multiplizieren. Das Ergebnis ist die verbrauchte elektrische Arbeit in Kilowattstunden (kWh)
Auch die mechanische Leistung von z.B. Automotoren wird inzwischen in kW angegeben. (1PS = 0,736 kW)
Thermische Energie wird üblicherweise in Joule angegeben
1Kg . m2
1 Joule = 1Ws = 1NM = ---------------- (Benannt nach James Prescott Joule)
S2
Ein Mensch ist bei körperlicher Betätigung zu einer Dauerleistung von 0,06 kW im Stande, bei Akkordleistungen von 0,1 kW
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Thermische Energie
● Thermische Energie (auch Wärmeenergie, jedoch nicht zu verwechseln mit Wärme) ist die Energie, die in der ungeordneten Bewegung der Atome oder Moleküle eines Stoffes gespeichert ist.
● Beim absoluten Nullpunkt der Temperatur (Null Kelvin oder -273,16°C) bewegen sich die Atome oder Moleküle nicht und ein Material dieser Temperatur enthält keine thermische Energie.
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Fest, Flüssig, Gasförmig
Quelle: Tessloff Bildlexikon Chemie, Hamburg, 1987 S. 9
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Was verstehen wir unter Energie?
Energie kann weder erzeugt noch vernichtet werden, sie kann nur in andere Energieformen umgewandelt werden (1. Hauptsatz der Thermodynamik) oder in Masse.
Wärme fließt immer von der höheren zur niedrigeren Temperatur (2. Hauptsatz der Thermodynamik).
Je höher die Temperatur, mit der eine Wärmemenge verfügbar ist, umso wertvoller ist sie. Maß dafür ist die Entropie mit der Dimension 1/k. Sie wird größer bei der Umwandlung in andere Energieformen.
Es ist unmöglich eine Energiemenge zu 100% in eine andere umzuwandeln, Verluste in Form von z.B. Abwärme sind unvermeidlich.
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Der ideale Kreisprozess
Wärmezufuhr
Rechteck 1 2 3 4 wird begrenzt von 2 Isothermen (T = konst.) und 2 Adiabaten (S = konst.). Seine blaue Fläche entspricht der in Arbeit umgesetzte Wärme.
Die in der Fläche 4 3 2´1´ enthaltene Arbeit
kann nicht genutzt werden weil die Wärmeabfuhr nicht unterhalb der Umgebungstemperatur stattfinden kann.
Wärmeabfuhr
Absoluter Nullpunkt
Der Wirkungsgrad ergibt sich aus dem Verhältnis der Flächen 1 2 3 4 zu 1 2 2´1´ oder den Bruch kürzt, so dass S herausfällt aus Th-Tu /Th Je höher die Temperatur der Wärmezufuhr und je niedriger die Temperatur der Wärmeabfuhr umso höher der Wirkungsgrad.
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Energie, Exergie und Anergie
Wie wir gesehen haben besteht die Energie aus einem nutzbaren Anteil, der Exergie genannt wird und einem nicht nutzbaren Anteil, der Anergie genannt wird.
Energie = Exergie + Anergie
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4. Energienutzung in der Antike
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Landwirtschaftsgerät
Die frühesten Funde von Grabstöcken stammen aus der Zeit von vor 200.000 Jahren.
Grabstöcke dürften wohl noch älter sein, es sind lediglich keine älteren Grabstöcke wegen des sehr vergänglichen Materials Holz bekannt.
Zu den Grabstöcken kamen später Hacken und Spaten hinzu bevor der Acker gepflügt wurde. Erste Pflüge wurden noch von Menschen gezogen
Deutsch: ein Grabstock
Source Own work
Author Luxo
GNU Free Documentation License.
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Landwirtschaftsgerät
Deutsch: Archeoparc ( Schnalstal / Südtirol ).
Rekonstruktion einer jungsteinzeitlichen
Hütte - Hölzerner
Hakenpflug.
Date13 July 2012, 14:40:18
Source Own work
Author Wolfgang
Sauber
Ritzpflüge, aus denen später Hakenpflüge wurden, nutzte man schon seit der Jungsteinzeit zum Umbrechen der Ackerkrume.
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Mensch und Tier als Lastenträger
https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Women_are_carrying_basket_of_fruit.jpg?uselang=de
Two women are carrying baskets of fruits. Nanjing, China.Datum 29. Dezember 2007
Quelle Eigenes Werk Urheber StougardDiese Datei ist unter der Creative-CommonsLizenz „Namensnennung – Weitergabe unter gleichen Bedingungen 3.0 nicht portiert“ lizenziert.
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https://commons.wikimedia.org/wiki/Category:Carrying_yokes?uselang=de
Old man with carrying pole.JPG Old man with carrying pole in Hainan, China
20. Juli 2014, 23:27:40 Quelle Eigenes Werk. Urheber: Anna Frodesiak Diese Datei wird unter der
„CC0 1.0 Verzicht auf das Copyright“ zur
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Creative-Commons-Lizenz
Verfügung gestellt.
Packesel
Gesehen in Moulay Idriss. Siehe Reisebericht: Marokkanisches
Kontrastprogramm: Volubilis und Moulay Idriss."
https://de.search.yahoo.com/search;_ylt=A9m Ss3Kmu0pXxi4AwQYzCQx.;_ylc=X1MDMjEx NDcxODAwMwRfcgMyBGZyA2NybWFzBGd wcmlkAzM4TFJ4TXhPVE15MnhJaWxFS0tF UUEEbl9yc2x0AzAEbl9zdWdnAzcEb3JpZ2lu A2RlLnNlYXJjaC55YWhvby5jb20EcG9zAzAE cHFzdHIDBHBxc3RybAMEcXN0cmwDOARx dWVyeQNQYWNrZXNlbAR0X3N0bXADMTQ 2NDUxNTUxOQ--?p=Packesel&fr2=sb-topde.search&fr=crmas
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https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Gedeckter_Wagen.JPG
Description
Deutsch: gedeckter Wagen, Original-Modell, 2.000 v.Chr. Mesopotamien. Badisches Landesmuseum Karlsruhe.
Author Aufnahme: Benutzer:Thomas Ihle
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https://commons.wikimedia.org/wiki/File:R%C3%B6mischer_Reisewagen.JPG Deutsch: Rekonstruktion eines römischen Reisewagens auf der Basis von mehreren Funden von Überresten. Ausgestellt im Römisch-Germanischen Museum in Köln (Deutschland).
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https://de.wikipedia.org/wiki/WagenThis file is licensed under the Creative Commons
Attribution: Bundesarchiv, Bild 183-R91954 / CC-BY-SA 3.0
Attribution-Share Alike 3.0 Germany license.
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Holztransport mit Pferdefuhrwerk
In früheren Jahrhunderten mussten schwere Transporte mit Pferde- oder Ochsengespannen bewältigt werden.Repro: Rolf Strohm Foto: Markgräfler Tagblatt
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Ochsengespann in der Landwirtschaft
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https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/f/f1/Hama-naura-6.JPG
Description Deutsch: Naura (Noria) in Hama, Syrien.
syriapath.com Permission (Reusing this file)Own work, all rights released (Public domain)
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Oberschlächtiges Wasserrad
https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Medieval_mill_with_overshot_wheel.png
This is a faithful photographic reproduction of a two-dimensional, public domain work of art.
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28 Unterschlächtiges Wasserrad in Betrieb Jakubov Mill, municipality of Vojkovice, Karlovy Vary District, Karlovy Vary Region https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Vodn %C3%AD_kolo.jpg
Der Domkran, Photographie von Theodor Creifelds (1839-1902), Köln 1868
Brügger Hafenkran
Aus einem Gebetbuch mit Miniaturen, Simon Bening (1483-1561)
http://www.luene-info.de/lueneburger_geschichte/baugeschichte/kran/kran2.html
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34 https://commons.wikimedia.org/wiki/File: Bremen_Wallm%C3%Bchle.JPG Deutsch: Mühle am Wall Bremen JoachimKohlerBremen
35 https://commons.wikimedia.org/wiki/File:SKMBT_C55007120513590-2.JPG Description Chinese Windmill Date 5 December 2007 Source own Work, graphit Author ––Carl von Canstein This file is licensed under the Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported license.
36 https://commons.wikimedia.org /wiki/File:Campo_de_Criptana_ Molinos_de_Viento_2.jpg Author Lourdes Cardenal
https://de.wikipedia.org/wiki/Wi ndm%C3%BChle#/media/File:Mlyn_-_ budowa.svg
Schnittbildzeichnung der Britzer
Mühle, Berlin 1 - steinerner
Unterbau, 2 - Galerie, 3 - Mehlrohr, 4 - Mahlgang, 5 - Stirnrad, 6 -
Stockrad, 7 - Königswelle, 8 -
Sackaufzug, 9 - Hebetisch, 10 -
Obenbunkler, 11 - Drehkranz, 12"Spinne" zur Jalousiesteuerung, 13 -
Ruten mit Jalousien, 14 -
Flügelwelle, 15 - Obenkammrad, 16
- Windrose A - Anlieferungshalle, B -
Galerieboden, C - Mehlboden, D -
Steinboden, E - Hebeboden, F -
Kappboden, G - Kapp
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https://commons.wikimedia.o rg/wiki/File:Hannover_alte_ muehle_02.jpg
Die alte Mühle im HermannLöns-Park
Author Ra Boe
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Paul Lenz - Eigenes Werk
Künste im Bergbau: vom Kunstrad bis zur Fahrkunst
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