Umwandlung thermischer Energie (nicht Wärme)

DasGrüneBlatt · Gast

Meine Frage:
Ist es möglich thermische Energie in andere Energieformen z.B. elektrische Energie umzuwandeln? Dabei meine ich nicht die Umwandlung von Wärme, welche sich aufgrund von Temperaturunterschieden ergibt.

Ein Beispiel: In einem Raum steht eine Elektroheizung. Sie wandelt elektrische Energie in thermische Energie um. Dadurch erwärmt sich der Raum. Nachdem der Raum eine bestimmte Temperatur erreicht hat, soll der Vorgang wieder umgekehrt werden. Der Raum soll sich abkühlen und es soll wieder elektrische Energie gewonnen werden.

Meine Ideen:
Intuitiv würde ich denken, dass das möglich ist. Beim Erwärmen wird die elektrische Energie in potentielle Energie umgewandelt und ist in der Teilchenbewegung gespeichert. Würde man jetzt einen Weg finden die ungeordnete Teilchenbewegung (von z.B. der in dem Raum befindlichen Luft) auszurichten, sodass eine makroskopische Bewegung erzeugt wird, mit der man einen Generator antreiben könnte, müsste diese Umwandlung doch möglich sein, oder?

Nobby1 · Anmeldungsdatum: 19.08.2019 Beiträge: 1547

Perpetuum mobiles gibt es meines Wissens immer noch nicht. Hauptsatz der Thermodynamik.

Und Energieerzeugung ist heute meist immer noch, das man Wärme benutzt Wasser zu verdampfen und den Dampf über eine Turbine schickt, die einen Generator antreibt.

DasGrüneBlatt · Gast

Hallo Nobby1,
vielen Dank für deine Antwort Big Laugh

. Ich habe mich noch einmal etwas genauer mit den Themen Thermodynamik und Perpetuum mobiles beschäftigt.

Ein Perpetuum mobile wiederspricht per Definition mindestens einem Hauptsatz der Thermodynamik.

Zu den Hauptsätzen der Thermodynamik (Quelle: Wikipedia):
Nach dem ersten Hauptsatz der Thermodynamik (ist ja ähnlich zum Energieerhaltungssatz) gilt, dass die Energie in einem abgeschlossenen System konstant ist.
-> Man könnte das von mir beschriebene Beispiel als abgeschlossenes System auffassen, wenn die Elektroheizung über einen Akku betrieben wird, der sich in dem abgeschossenen Raum befindet, der erwärmt werden soll. Ist es in diesem Fall (theoretisch) möglich die thermische Energie des Raumes wieder in elektrische Energie des Akkus umzuwandeln?

Beim zweiten Hauptsatz der Thermodynamik wird es interessant. Hier werden Aussagen über die Irreversibilität von Prozessen getroffen:
(1) einfache Formulierung: Wärme kann nicht von selbst von einem Körper niedriger Temperatur auf einen Körper höherer Temperatur übergehen.
(2) ist gleichbedeutend mit: "Es ist unmöglich, eine periodisch arbeitende Maschine zu konstruieren, die weiter nichts bewirkt als Hebung einer Last und Abkühlung eines Wärmereservoirs." (2. Satz nach Kelvin und Planck)

Das heißt den eben erwähnten Akku könnte man mit dem "Körper höherer Temperatur" und die in dem Raum befindliche Luft mit dem "Körper niedriger Temperatur" aus (1) gleichsetzen. In diesem Fall könnte der Akku den Raum genau dann nicht weiter erwärmen, wenn er soweit entladen ist das sich die "Niveaus" angepasst haben. Ist das richtig? Kann "Niveau" mit "Entropie Niveau" gleichgesetzt werden? Den Begriff Entropie habe ich noch nicht richtig verstanden.

Der 3. Hauptsatz hat meiner Meinung nach, keine Auswirkungen auf das von mir genannte Beispiel.

Bei meinen Recherchen bin ich aber auch auf ein sehr interessantes Gedankenexperiment gestoßen, welches von James Clerk Maxwell entwickelt wurde. Das Gedankenexperiment, welches unter dem Namen "Maxwellscher Dämon" bekannt ist, beschreibt sehr gut, was mir bisher immer einen Knoten im Kopf bereitet hat, da es meiner Meinung nach, einen großen Unterschied macht, ob die Vorgänge auf makroskopischer oder mikroskopischer Ebene betrachtet werden (suche auf Wikipedia "Maxwellscher Dämon").

Kurz zusammengefasst: Der zweite Hauptsatz ist nur statistischer Natur. Im mikroskopischen Bereich können Teilchen aber eine unterschiedliche kinetische Energie haben. Hat man nun einen Behälter mit Luft, der durch eine Trennwand aufgeteilt wird, die schnelle Teilchen nur in die eine Richtung und langsame Teilchen nur in die andere Richtung durchlässt, kann ein Temperaturunterschied von der einen zur anderen Hälfte entstehen.

So wie ich das verstehe könnte dieses Gedankenexperiment den 2. Hauptsatz der Thermodynamik auf der Ebene einzelnen Teilchen wiederlegen. Bzw. es ist noch nicht abschließend geklärt ob das der Fall ist.
Liege ich da richtig?

DrStupid · Anmeldungsdatum: 07.10.2009 Beiträge: 5041

Systemdynamiker · Anmeldungsdatum: 22.10.2008 Beiträge: 594 Wohnort: Flurlingen

Thermodynamik und statistische Mechanik sind zwei verschiedene Modelltheorien. Viele Physiker sind überzeugt, dass die Thermodynamik eine sehr starke Theorie ist. Deshalb kann man sie nicht mit dem Maxwellschen Dämon aushebeln. Dazu gibt es sehr viel Literatur.

Nun zur eigenlichen Frage. In der Elektroheizung und auch danach entsteht sehr viel Entropie. Diese Grösse kann man nicht vernichten. Also muss man sie aus dem Raum entfernen, um den alten Zustand wieder herzustellen. Wenn nun die Entropie aus dem Raum wegfliesst, nimmt sie eine wohldefinierte Energiemenge mit. Und die fehlt dann.

Noch eine Bemerkung zur Energieumwandlung. Seit der Relativitätstheorie wissen wir, dass die Energie selber träge ist, dass Energie gleich Masse ist. Zudem bilden Energie/Masse und Impuls eine untrennbare Einheit. Deshalb ist der Begriff Energieform nur im Zusammenhang mit thermodynamischen Systemen definierbar. Und der Begriff Umwandlung gehört ins Reich der Religionen, wo zum Beispiel Wein in Blut umgewandelt werden kann.

TomS · Moderator Anmeldungsdatum: 20.03.2009 Beiträge: 18027