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Transkript Leistung und Wirkungsgrad

Hallo, ich bin euer Physik-Siggi. Heute werde ich euch erklären, was man unter thermischer Leistung versteht, und ihr werdet lernen, was der Wirkungsgrad ist und ihn bei einigen Beispielen kennenlernen. Dafür werden wir zunächst die Wärmequelle besprechen. Was ist die Wärmequelle? Alles, was irgendwie Wärme abgibt, ist eine Wärmequelle. Am bekanntesten ist die Sonne. Sie erwärmt die ganze Zeit unsere Erde. Was ist eigentlich die Wärme? Sie ist genau die Energie, die ein warmer Körper auf einen kalten Körper überträgt. Wärme ist also eine Energieform. Sie wird auch Wärmeenergie genannt. Eine Wärmequelle gibt also Energie in Form von Wärme an die Umgebung ab. Wie zum Beispiel diese Herdplatte. Damit die Quelle jedoch Wärme abgeben kann, muss sie vorher eine andere Energie aufnehmen. Bei der Herdplatte ist es elektrische Energie, beim Gasherd ist es chemische Energie, die bei der Verbrennung des Gases umgesetzt wird. All diese Energiearten werden in Wärme umgewandelt. Dies macht die Wärmequelle. Bevor wir zur thermischen Leistung kommen, werde ich euch erst erklären, was thermische Energie ist. Sie wird auch als innere Energie bezeichnet und sie ist die Bewegungsenergie der kleinsten Teilchen eines Stoffes. Zum Beispiel bewegen sich Wasserteilchen im 90° warmen Wasser sehr viel schneller als die im 20° warmen Wasser. Bewegen heißt, dass sie um ihre Ruhelage schwingen. Sie sind an einen festen Ort gebunden, können jedoch etwas um diesen festen Ort herumschwingen. Wichtig ist: Je heißer der Stoff ist, desto schneller bewegen sich die Teilchen und desto größer ist die thermische Energie des Stoffes. Diese innere Energie kann ein Stoff, zum Beispiel die Herdplatte oder das brennende Holz, nun in Form von Wärme an die Umgebung abgeben. Also: Einer Wärmequelle wird elektrische, chemische, thermische oder auch mechanische Energie zugeführt. Die zugeführte Energie erhöht die innere Energie der Wärmequelle. Diese gibt ihre Energie wieder in Form von Wärme an die Umgebung ab. Wir haben eine wunderbare Energieumwandlung kennengelernt.  Die thermische Leistung gibt nun an, wie viel Wärme in jeder Sekunde von der Wärmequelle abgegeben wird. Die Leistung  ist also die Wärme  pro Zeit ( = /). Wärme ist eine Energie. Die Einheit der Wärme ist also genau wie bei der Energie Joule J. Damit ist die Einheit der thermischen Leistung Joule pro Sekunde (J/s). Dies wird auch Watt genannt und mit W abgekürzt. Ihr kennt dies bereits aus der mechanischen Arbeit. Michael und Sebastian rollen je einen großen Felsblock von A nach B. Beide machen die gleiche Arbeit, zum Beispiel 10J, weil ja beide am Ende den Felsblock an die Stelle B gebracht haben. Jedoch hat Michael dafür 5 Stunden gebracht, Sebastian jedoch nur 1 Stunde. Somit hat Sebastian mehr geleistet, weil er ja für die gleiche Arbeit viel weniger Zeit gebraucht hat. Nach einer Stunde hat Michael den Stein nämlich erst 1/5 des Weges geschoben - er leistet viel weniger als Sebastian, der zu der Zeit schon bei B angelangt ist. Genauso ist es bei der Wärmequelle: Die Herdplatte von Sebastian braucht 5 Minuten um das Wasser von 10 auf 100°C zu erhitzen. Die von Michael braucht 20 Minuten. Also leistet die Herdplatte von Sebastian mehr, weil sie die gleiche Wärme in kürzerer Zeit abgegeben hat. Oder anders: Nach 5 Minuten hat die Platte von Sebastian das Wasser bereits auf 100°C erhitzt, die Platte von Michael jedoch erst auf 28°C. Die Platte von Sebastian gibt also pro Sekunde viel mehr Wärme ab, als die von Michael. Ihre thermische Leistung ist also größer. Zuletzt noch der Wirkungsgrad . Er gibt an, welcher Anteil der zugeführten Energie in die gewünschte Energie umgewandelt wurde. Bei der Wärmequelle zum Beispiel ist er die abgegebene thermische Energie, also die Wärme geteilt durch die zugeführte Energie. Der Wirkungsgrad kann theoretisch also bei 100% liegen, es gibt jedoch immer einen Energieverlust. Bei der Herdplatte ist die zugeführte Energie elektrisch und der Wirkungsgrad liegt bei 50-60%. Beim Gasherd ist die zugeführte Energie chemisch und der Wirkungsgrad liegt bei 30-40%. Es gehen also 60-70% verloren. Beim Lagerfeuer ist die zugeführte Energie auch chemisch - nämlich das Holz - und der Wirkungsgrad wird nicht größer als 15%. Die Gasheizung hat dagegen einen Wirkungsgrad von 80-90%. Sie wandelt demnach fast alle zugeführte Energie in Wärme um. Bei der Glühbirne zum Beispiel ist die zugeführte Energie elektrische Energie und die gewünschte Energie ist Lichtenergie. Wenn ich 100J elektrische Energie in die Glühbirne einführe, so werden davon nur 5J in Lichtenergie umgewandelt. Der Wirkungsgrad liegt also, nach einer kleinen Rechnung, bei 5%. Die restlichen 95% der elektrischen Energie gehen hier als Wärme verloren. Ihr wisst, dass die Glühbirne sehr heiß werden kann. Also: Thermische Leistung gibt an, wie viel Wärme pro Sekunde von der Wärmequelle abgegeben wird und der Wirkungsgrad gibt an, wie viel von der zugeführten Energie in gewünschte Energie umgewandelt wird. Vielen Dank für die Aufmerksamkeit.

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6 Kommentare
  1. Default

    : ( net gut

    Von Manja M., vor mehr als 2 Jahren
  2. Default

    (y) Top

    Von Wummy35, vor mehr als 3 Jahren
  3. Default

    klasse !!!

    Von Christian O., vor etwa 4 Jahren
  4. Bild

    Hallo ihr Lieben,
    ihr habt völlig recht: in Minute 4:56 ist 28°C falsch.
    Es sollte 32,5°C dastehen.
    In 20 Minuten wird es 90°C wärmer, also in 5 Minuten 90°C : 4 = 22,5°C plus die Starttemperatur von 10°C macht: 32.5°C.
    sorry, keine Ahnung wie das passieren konnte.
    lg, siggi

    Von Physik Siggi, vor mehr als 4 Jahren
  5. Default

    Hallo Siggi, ich komme auf 32.5 C 90:20x5+10= 32.5C

    Von Daniel Hm, vor mehr als 4 Jahren
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    Hallo sigi
    sehr gutes Video aber wie kommst du auf die 28 C
    lg chris

    Von Christianneukam, vor etwa 5 Jahren
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