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Wärme in potentielle Energie umrechnen
 
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roman75



Anmeldungsdatum: 22.12.2009
Beiträge: 8

Beitrag roman75 Verfasst am: 22. Dez 2009 16:20    Titel: Wärme in potentielle Energie umrechnen Antworten mit Zitat

ich habe eine Frage
Kann man den theoretischen Wirkungsgrad dieses Systems errechnen
Ich gebe eine bestimmte Wärmeenergie in ein Medium, dieses Medium vergast und durch den Druck hebt es ein Gewicht auf eine bestimmte Höhe
Meine Frage ist wie lautet die Berechnung wenn ich die Energie als Eingangsgrösse habe und wie viel Prozent der eingesetzten Energie habe ich in Form von potentieller
Angenommen das Medium wird knapp unter dem Siedepunkt gehalten also es muss nicht komplett geheizt werden sondern nur die Energie die zum verdampfen notwendig ist
Wenn das Gewicht die obere Lage erreicht hat soll der druck Minimal sein und die Temperatur knapp oberhalb des Siedepunkts
1. Welche Energie muss ich zugeben
2. Wie viel % der eingesetzten Energie geht in die Bewegung (Bzw. in ist danach Potentielle Energie)
3. Gibt’s Medien die für diesen Zweck idealer sind als Wasser (rein vom Wirkungsgrad her oder ist das bei allen gleich, also Verhältnis von benötigter Energie zu Druck)
Inwieweit ist in dem System Carnot drin da die Temperaturdifferenz klein ist und sich der Wirkungsgrad meiner Meinung nach bei einer grösseren Differenz nicht drastisch ändert
(das Gewicht ist schneller oben ja aber die potentielle Energie ist die selbe)
Ich würde mich freuen wenn mir das jemand beantworten mag
Besten Dank
Roman
dermarkus
Administrator


Anmeldungsdatum: 12.01.2006
Beiträge: 14788

Beitrag dermarkus Verfasst am: 22. Dez 2009 19:00    Titel: Antworten mit Zitat

Der größte Unterschied zwischen dem von dir beschriebenen Vorgang und einem Carnot-Prozess ist, dass ein Carnot-Prozess ein Kreisprozess ist.

Dein Vorgang ist bisher nur für die "Einmalverwendung", aber noch nicht für den kontinuierlichen Betrieb einer Maschine geeignet, weil du dein heißes, ausgedehntes Arbeitsmedium irgendwie wieder in den Ausgangszustand zurückversetzen musst, bevor es denselben Arbeitsvorgang wiederholen kann.

Zum Wirkungsgrad eines Carnot-Prozesses kennst du ja sicher Quellen wie zum Beispiel

http://de.wikipedia.org/wiki/Carnot-Prozess

Bei deinem "Einmal-Prozess" würde ich sagen, dass das Verhältnis von reingesteckter Wärmeenergie und herausbekommener Hubenergie sicher stark davon abhängt, wie weit das Arbeitsmedium sich dabei ausdehnen soll. Bei einem sehr kleinen Hubweg und kleiner Dichteänderung des Arbeitsmediums dürfte dieses Verhältnis kleiner sein als bei einem großen Hubweg und starker Dichteänderung des Arbeitsmediums.

(P.S.: Nachdem du deinen Beitrag doppelt hier reingestellt hast, einmal als Gast und einmal als registrierter Benutzer, habe ich mal den ersten, doppelten Beitrag gelöscht, damit's hier übersichtlicher ist smile )
roman75



Anmeldungsdatum: 22.12.2009
Beiträge: 8

Beitrag roman75 Verfasst am: 22. Dez 2009 22:04    Titel: Antworten mit Zitat

Naja so stark dürfte das aber nicht sein da ich ja mehr potenzielle Energie habe je höher das Gewicht geht oder liege ich da falsch?
und zum Kreis Prozess wenn ich den Druck entweichen lasse und das Gewicht fallen lasse wäre das ganze wieder in Ausgangsstellung und man könnte von vorn beginnen
Kann man das rechnen wie effizient das wäre?
bzw wieviel % der eingegebenen wärme Energie in Potenzielle umgewandelt wird?
dermarkus
Administrator


Anmeldungsdatum: 12.01.2006
Beiträge: 14788

Beitrag dermarkus Verfasst am: 23. Dez 2009 16:27    Titel: Antworten mit Zitat

Na, bevor du schätzt, wieviel das ausmacht, ist es sicher einfacher, du versuchst das mal zu rechnen.

Das kann man in der Tat rechnen. Welche Grundlagen hast du bisher selbst schon drauf? Kennst zu zum Beispiel die ideale Gasgleichung und kannst du schon gut genug mit ihr umgehen, um dich damit daran zu versuchen?
roman75



Anmeldungsdatum: 22.12.2009
Beiträge: 8

Beitrag roman75 Verfasst am: 24. Dez 2009 11:42    Titel: Antworten mit Zitat

leider fällt mir das Berechnen sehr schwer da ich nicht weis wie ich da anfangen soll
aber es müsste doch sicherlich im bereich eines styrlings liegen vom wirkungsgrad her also ca 10 bis 15 Prozent
ich versuch nach weihnachten mal die entsprechenden formeln zu finden und das zu rechnen
roman75



Anmeldungsdatum: 22.12.2009
Beiträge: 8

Beitrag roman75 Verfasst am: 04. Jan 2010 14:34    Titel: Antworten mit Zitat

So ich habe mich mal schlau gemacht wobei dies ja bekanntlich relativ zu betrachten ist
Schon bei den Anfängen steh ich an da in dem Beispiel weder Temperatur noch Druck gleich sind
Und beides verändert sich ja stetig
Und carnot hilft mir auch nicht richtig weiter da dieser ja von einem Kreisprozess ausgeht
Und auch ist es ja kein Kreisprozess da ich ja nur die benötigte wärme Energie berechnen möchte bis das Gewicht oben angekommen ist und gegebenenfalls die noch vorhandene Energie im gas
Man kann natürlich das ganze auch als Kreisprozess sehen denn sobald ich das Gewicht fallen lasse und das Gas (Z.B. mittels Ventil) in ein Kondensator lasse muss es da ja wieder gekühlt werden jedoch hängt dies nicht fix mit dem „das gewicht nach oben drücken“ zusammen beides sollte nur ca. die selbe zeit beanspruchen dass das System optimal läuft
Also ich produziere aus einer bestimmten Wassermenge dampf lass mit dem daraus entstehenden Druck ein Gewicht in die Höhe drücken, sobald oben angekommen lasse ich das Gewicht fallen und die Dampfzufuhr wird per Ventil geblockt und der Dampf im Kolben per Ventil in ein Kondensator gelassen, die geschieht weil das Gewicht wieder nach unten fallen möchte, die restliche Energie die durch das Fallen des Gewichtes Frei wird versuche ich in Elektrische Energie umzusetzen
dann werden die Ventile wieder auf Grundstellung gesetzt und das ganze beginnt von vorne
Dies solange bis die gesamte Wassermenge verdampft ist, dann kann Kondensator und Dampfproduzierstation kurzgeschlossen werden und, angenommen Kondensator liegt höher, läuft das flüssige Medium in die Dampfstation und das ganze kann von vorne beginnen
Vielleicht kann mir jemand von euch helfen es muss keine detaillierte Berechnung sein eine Einschätzung eines ein wenig besser Bewanderten in den Gebieten als mir reicht mir ja schon
Wie ist so was vom Wirkungsgrad abzuschätzen und unterliegt dies auch dem carnot Gesetz
Da ich annehme, dass man die Isolations- und Reibungsverluste gering und den Wirkungsgrad der kinetischen Energie in Elektrizität hoch halten kann, reduzierte ich meine Frage nach dem Wirkungsgrad von wärme in Potentielle Energie
Auch die Herstellung eines solchen Systems sollte keine Probleme darstellen
und meiner Meinung nach ist dieses System nicht auf grosse Temperaturdifferenzen angewiesen
Ich würde mich um eine Einschätzung freuen oder zumindest helfen wie ich da anfangen kann / soll dies herauszufinden
PS: sollte dies der Wirkungsgrad höher liegen als ein Stirling und das System es würdig sein näher zu prüfen, bitte ich alle Leser anstatt zu kopieren zu kooperieren
Auf gut deutsch pls nicht die Idee kopieren sondern zusammen etwas auf die Beine stellen
Besten Dank Roman
dermarkus
Administrator


Anmeldungsdatum: 12.01.2006
Beiträge: 14788

Beitrag dermarkus Verfasst am: 04. Jan 2010 18:00    Titel: Antworten mit Zitat

Hoppla, wie fit bist du zur Zeit schon in Physik und Mathe? Wenn du die zugehörigen Formeln und den Umgang damit bisher noch nicht draufhast, könnte es natürlich am einfachsten sein, du wartest, bis du das an der entsprechenden Stelle zum Beispiel im Physikstudium gemacht, gelernt, verstanden und geübt hast. Viele der Fragen, die du dir bisher stellst, klären sich dann ganz von selbst, manche wirst du dann gut selbst klären können.

Dir hier etwas vorzurechnen, ohne dass du bisher das nötige Handwerkszeug zum Selbernachvollziehen hast, würde wohl eher weniger Sinn machen. Am Ende wäre das ein Aufwand, der in die falsche Richtung geht, wenn du hinterher sagen solltest, das könntest du mit deinen bisherigen Fertigkeiten noch nicht nachvollziehen.
roman75



Anmeldungsdatum: 22.12.2009
Beiträge: 8

Beitrag roman75 Verfasst am: 05. Jan 2010 08:38    Titel: Antworten mit Zitat

Ich bin leider an keinem Physik Studium oder so sonder ein normalsterblicher der sich eben mit solchen Fragen in diesem Forum gedacht hat Antworten zu finden
Ist es denn zu schwer zu berechnen oder nicht realisierbar
Ich wäre froh über einen kurzen Kommentar, Einschätzung, Meinung eines Mitmenschen der sich eben einigermassen auskennt in der Materie
Sollte ich mit der Anfrage falsch sein hier dürft ihr mir das auch sagen dann such ich weiter nach Hilfe
dermarkus
Administrator


Anmeldungsdatum: 12.01.2006
Beiträge: 14788

Beitrag dermarkus Verfasst am: 05. Jan 2010 14:37    Titel: Antworten mit Zitat

Ach so, du willst das gar nicht selber rechnen, sondern einfach nur eine Einschätzung. Dann würde ich sagen:

* So ein Einmalprozess wie von dir beschrieben, wird, wenn man ihn immer wieder nimmt, um eine Maschine zu betreiben, einen schlechteren Wirkungsgrad haben als ein Kreisprozess. Vielleicht am anschaulichsten für Leute, die das nicht selber rechnen, ist die Erklärung dafür, dass es ja Energieverschwendung wäre, das warme Arbeitsmedium nach dem Einmalprozess einfach so abzulassen (und damit Wärmeenergie wegzuschmeißen und Druck zu verschenken), um dann neues Arbeitsmedium für den nächsten Einmalprozess zuzuführen und ganz von vorne zu erhitzen.

* Dein Einmalprozess wird also in diesem Sinn sicher effizienter werden, wenn man ihn zu einem Kreisprozess ergänzt.

* Ein so entstandener Kreisprozess kann maximal den Wirkungsgrad eines idealen Kreisprozesses haben. Dieser maximale Wirkungsgrad ist höher, wenn die verwendete Temperaturänderung des Arbeitsmediums kleiner ist.
roman75



Anmeldungsdatum: 22.12.2009
Beiträge: 8

Beitrag roman75 Verfasst am: 05. Jan 2010 15:17    Titel: Antworten mit Zitat

Zuerst einmal vielen Dank für die Antwort
Zitat:
Ach so, du willst das gar nicht selber rechnen, sondern einfach nur eine Einschätzung. Dann würde ich sagen:

(ähm naja ich tu mir halt schwerer und habe sicher um Faktoren länger als ein Spezialist, dennn ich kenn mich mit den Berechnungen wie gesagt nicht aus)

Zitat:

* So ein Einmalprozess wie von dir beschrieben, wird, wenn man ihn immer wieder nimmt, um eine Maschine zu betreiben, einen schlechteren Wirkungsgrad haben als ein Kreisprozess. Vielleicht am anschaulichsten für Leute, die das nicht selber rechnen, ist die Erklärung dafür, dass es ja Energieverschwendung wäre, das warme Arbeitsmedium nach dem Einmalprozess einfach so abzulassen (und damit Wärmeenergie wegzuschmeißen), um dann neues Arbeitsmedium für den nächsten Einmalprozess zuzuführen und ganz von vorne zu erhitzen.

Da war eben mein Gedanke dass das Kühlen in einem Kondensator einfacher und effizienter ist als im Kolben (Mit dem Gewicht) deshalb sagte ich das ich das Gas ablasse ich lass es ja nicht aus dem Gesamtsystem sondern nur aus dem Arbeitskolben, d.h ich verlagere das Abkühlen nur, auch aus dem Gedanken dass es doch effizienter sein müsste das Gewicht gegen Null Druck fallen zu lassen und somit mehr Energie zur Verfügung die ich dann in elektrische Umwandeln kann
Auch kann die Umgebung (der Kolben) warm bleiben da ich ja anderswo abkühle, daraus versprach ich mir geringere Verluste
Zitat:

* Dein Einmalprozess wird also in diesem Sinn sicher effizienter werden, wenn man ihn zu einem Kreisprozess ergänzt.
Es ist ja schlussendlich ein Kreisprozess

* Ein so entstandener Kreisprozess kann maximal den Wirkungsgrad eines idealen Kreisprozesses haben. Dieser maximale Wirkungsgrad ist höher, wenn die verwendete Temperaturänderung des Arbeitsmediums kleiner ist.

Ist das nun eine Verwechslung ich dachte der Wirkungsgrad ist höher je höher die Differenz ist

Genau hier hab ich noch einen Knopf
es leuchtet mir ja ein das eine höhere Differenz eine schnellere Bewegung zur Folge hat
Jedoch betrifft es das Fallen respektive die Potenzielle Energie des Gewichtes ja nicht wie schnell das oben angekommen ist sondern nur das es oben ist
Da fehlt mir noch die Erkenntnis warum eine höhere Differenz auch einen höheren Wirkungsgrad zur Folge haben soll
Und auch beim hinauf drücken des Gewichtes kann ich mir den Zusammenhang zu carnot noch nicht richtig erklären da ja die Druckdifferenz verantwortlich ist und nur indirekt die Temperatur das heißt ist die Dampfstation vom Volumen einiges grösser als der Kolben wird der Druck durch das Einlassen in den Kolben nicht merklich kleiner so das 2 bis 3 bar Druck reichen sollten

Ich danke dir für deine Einschätzungen
dermarkus
Administrator


Anmeldungsdatum: 12.01.2006
Beiträge: 14788

Beitrag dermarkus Verfasst am: 05. Jan 2010 16:03    Titel: Antworten mit Zitat

roman75 hat Folgendes geschrieben:

Ist das nun eine Verwechslung ich dachte der Wirkungsgrad ist höher je höher die Differenz ist

Ja, da hast du was verwechselt. Der Wirkungsgrad sinkt mit zunehmender Temperaturdifferenz des Arbeitsmediums.

---

Ich glaube, was du dir hier wünschst, ist, dich mit solcher Physik zu beschäftigen, bevor du die zugehörigen Grundlagen kannst. Erschließe dir die Physik lieber in kleineren Schritten, ausgehend von dem Könnensstand, den du zur Zeit selbst hast.

Viele Leute sagen, Physik ist schwierig. Denn sie wissen, dass man erst einmal vieles lernen, üben und verstehen muss, bevor man mit dem Handwerkszeug der Physik umgehen kann. Und das ist Arbeit.

Andere sagen, Physik ist durchaus machbar und oft sogar leicht, wenn man sie erst lernt und dann anwendet.

Oft ist es möglich, etwas von den Erkenntnissen der Physik so anschaulich zu erzählen, dass sie vielen einleuchten, auch wenn sie es bisher selbst noch nicht rechnen könnten.

Es ist aber ein Missverständnis, dass man sich Physik einfach so erzählen lassen kann und dann schon wirklich selber loslegen kann, ohne die Grundlagen dazu gelernt und geübt zu haben. Denn wenn man so versucht, an die Sache heranzugehen, dann fällt man an vielen Stellen auf die Schnauze und merkt es nicht mal.
roman75



Anmeldungsdatum: 22.12.2009
Beiträge: 8

Beitrag roman75 Verfasst am: 06. Jan 2010 09:13    Titel: Antworten mit Zitat

Also entweder steh ich jetzt voll auf dem Schlauch oder ich bin mathematisch auch ne Null

Aber ist es nach der Formel nicht so das je Grösser Tw desto kleiner der Bruch desto grösser der Wirkungsgrad?
dermarkus
Administrator


Anmeldungsdatum: 12.01.2006
Beiträge: 14788

Beitrag dermarkus Verfasst am: 06. Jan 2010 17:26    Titel: Antworten mit Zitat

Sorry, du hast recht, hier war ich derjenige, der etwas verwechselt hatte. Mit den konkreten Formeln vor Augen ist es in der Tat leichter, drüber zu reden.

Der Wirkungsgrad eines Carnotprozesses (ideale Wärme-Kraft-Maschine, also theoretisch maximal möglicher Wirkungsgrad eines Kreisprozesses), bei dem das wärmere Wärmereservoir die Temperatur T_w und das kältere Wärmereservoir die Temperatur T_k hat, ist in der Tat



Dieser Wirkungsgrad wird also größer, wenn die Temperaturdifferenz des Arbeitsmediums größer wird.
roman75



Anmeldungsdatum: 22.12.2009
Beiträge: 8

Beitrag roman75 Verfasst am: 07. Jan 2010 08:36    Titel: Antworten mit Zitat

nun da wär immer noch die Sache mit meinem Knopf :-)

es leuchtet mir ja ein das eine höhere Differenz eine schnellere Bewegung zur Folge hat sprich eine grössere Leistung
Jedoch betrifft es das Fallen respektive die Potenzielle Energie des Gewichtes ja nicht wie schnell das oben angekommen ist sondern nur dass es oben ist
Da fehlt mir noch die Erkenntnis warum eine höhere Differenz auch einen höheren Wirkungsgrad zur Folge haben soll
Und auch beim Hinauf drücken des Gewichtes kann ich mir den Zusammenhang zu carnot noch nicht richtig erklären da ja die Druckdifferenz verantwortlich ist und nur indirekt die Temperatur das heißt ist die Dampfstation vom Volumen einiges grösser als der Kolben wird der Druck durch das Einlassen in den Kolben nicht merklich kleiner so das 2 bis 3 bar Druck reichen sollten
dermarkus
Administrator


Anmeldungsdatum: 12.01.2006
Beiträge: 14788

Beitrag dermarkus Verfasst am: 07. Jan 2010 13:44    Titel: Antworten mit Zitat

roman75 hat Folgendes geschrieben:

Da fehlt mir noch die Erkenntnis warum eine höhere Differenz auch einen höheren Wirkungsgrad zur Folge haben soll

Da würde ich dir empfehlen, anzuschauen, was der Carnot-Prozess ist und wie man herleitet und berechnet, welchen Wirkungsgrad er hat. Von welchen Grundlagen kannst du bei dir ausgehen, um so etwas durchzuarbeiten?

Zitat:

Und auch beim Hinauf drücken des Gewichtes kann ich mir den Zusammenhang zu carnot noch nicht richtig erklären

Dein Kreisprozess ist ein realer Kreisprozess. Der Carnot-Prozess ist ein idealisierter Kreisprozess. Das sind also zwei unterschiedliche Prozesse. Wenn du anfangen möchtest, dich selbst in das Berechnen von Wirkungsgraden von Kreisprozessen einzuarbeiten, dann würde ich vorschlagen, eher zum Beispiel mit dem Carnot-Prozess anzufangen als mit deiner Version eines Kreisprozesses. Denn der rechnet sich leichter, die fertige Rechnung ist in einer Vielzahl von Quellen leicht zu finden, und das Lesen der Kapitel über den Carnotprozess in Physikbüchern bringt dir obendrein auch gleich viel von dem Hintergrundwissen, das das gesamte Verständnis der Sache erleichtert und schafft.
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