Könnte man aus der Ausdehnung des Eises beim gefrieren Energie schöpfen?
Ich bin mir nicht genau sicher, wie das mit der Energieerhaltung ist, aber wenn etwas gefriert, muss sich dadurch etwas anderes erwärmen. Daher wird Energie abgegeben und nicht verbraucht.
Wenn man jetzt z.B. In der Arktis ist und ein 10m langes Rohr hat, dieses mit Wasser befüllt und es gefrieren lässt. Dann müsste das Wasser beim Gefrierprozess 1m nach vorn drücken( 10% Ausdehnung wenn wasser zu Eis wird). Dieser Druck ist doch eine art Freisetzung von Energie.
5 Antworten
Theoretisch ist das natürlich möglich, der Frostdruck von Eis ist sehr groß und kann selbst große Felsen sprengen.
Wahrscheinlich ist die praktische Umsetzung problematisch. Ein Punkt wäre, daß das Rohr gesprengt werden würde, wenn man die Enden abdichten würde. Außerdem ist die Energiegewinnung dabei eher langwierig.
Aber wenn man nichts anderes hat, ist das natürlich genial. Die Römer haben das in höheren Breiten bei der Gewinnung von Steinblöcken angewendet, um Steinblöcke aus dem Fels zu lösen.
So weit ich weiß, wird das noch immer gemacht, namentlich, wo man schlecht mit Sprengstoff arbeiten kann, weil das zu riskant ist.
Zunächst wird Energie nicht "geschöpft", sondern bestenfalls gewandelt.
In der Arktis musst Du dem Eis erst Wärme (also Energie) zuführen, damit es sich zu Wasser verflüssigt. Bei der nachfolgenden Erstarrung wird die zugeführte Energie ganz oder weitgehend als Wärme an die Umgebung gestreut. Ein Teil der Energie lässt sich über die Dehnung des Eises mechanisch abzweigen.
Eine praktische Anwendung fällt mir da ein, nämlich die Sprengung von Bunkern: Man füllt an Frosttagen den Bunker mit Wasser und wartet, bis die Dehnung des Eises die Bunkerwände sprengt.
dein ansatz ist schon mal grundlegend gut. es gibt dabei aber einen entscheidenden haken. um energie auch umtzsetzen, bedarf es nicht nur der puren kraft sondern auch einer bewegung. und die fällt hier nur minimal aus.
im verhältnis zur energie die es bedarf das wasser so weit abzukühlen, oder warmes wasser dort hin zu bringen, wo es so kalt ist, ist der energieertrag zu vernachlässigen.
es gibt aber einen anderen, bereits praktisch erprobten weg, energie aus eis "zu gewinnen"
lg, anna
Die durch die Ausdehnung freigesetzte Energie wird dem gefrierenden Wasser in Form von Wärmeenergie entzogen.
Die fett gedruckte Frage ist klar verständlich. Leider ist der ,,mager" gedruckte Text etwas verwirrend. Ich versuche mal etwas Klarheit zu schaffen
wenn etwas gefriert, muss sich dadurch etwas anderes erwärmen.
- Stimmt. Im Kühlschrank wird die Wärme an das Kühlmittel abgegeben; beim Natureis an die kalte Luft über dem Eis.
- Eis kann beim Ausdehnen Arbeit leisten. Beispiel das Spalten von Felsen, wenn Wasser in Ritzen gefriert.
- Druck ist keine Energie, sondern Druck x Ausdehnung (Kraft x Weg) ist Arbeit und somit Energie.
- Falls Eis bei der Ausdehnung Arbeit leistet, wird weniger Energie in Form von Wärme abgegeben (Energie-Erhaltungsgesetz) Wie ist das erklärbar? Wenn Eis beim Gefrieren Arbeit leistet, gibt es einen Gegendruck. Durch diesen Gegendruck verschiebt sich die Gefriertemperatur nach unten. (Prinzip von Schlittschuhlaufen)
Und bei tieferer Temperatur ist die spezifische Erstarrungswärme nicht gleich wie die Erstarrungswärme bei null Grad und Atmosphärendruck. Der Unterschied entspricht genau der bei der Ausdehnung geleistete Arbeit. Damit ist das Energie-Erhaltungsgesetz erfüllt.
Falls ein Spezialist für Eisbildung diese Ableitung anzweifelt, bitte ich um eine bessere Version!
Danke für die Ergänzung! Der von Dir angezeigte Link gibt aber auch nicht viel Klarheit.
Wikipedia sagt folgendes:
Zwischen den Schlittschuhkufen und dem Eis bildet sich eine dünne Schicht flüssigen Wassers. Durch diese Wasserschicht ist die Gleitreibung in Richtung der Kufen sehr gering. Eis besitzt bei 0 °C eine einige Nanometer dicke Flüssigkeitsschicht an der Oberfläche, die zu tieferen Temperaturen hin dünner wird[1]. Diese Schicht ist jedoch bei weitem zu dünn, um die niedrige Reibung zu erklären. Durch Reibung während der Bewegung entsteht jedoch ausreichend Wärme, dass lokal das Eis schmilzt und eine ausreichend dicke Flüssigkeitsschicht bildet.[2] Dieser Prozess reguliert sich selbst. Sobald eine ausreichend dicke Flüssigkeitsschicht vorhanden ist, vermindert sich mit der Reibung auch die Entstehung weiterer Wärme. Zu dieser Erklärung passt, dass eine ruhende Schlittschuhkufe eine deutlich spürbare Haftreibung gegenüber dem Eis zeigt.
Da sich das Gewicht des Läufers auf eine kleine Fläche konzentriert, entsteht an den Kufen ein hoher Druck. Dieser Druck reicht aus, um die Kanten der Kufen ein wenig in die Eisoberfläche einzudrücken. Der dadurch entstehende "Graben" im Eis hindert die Kufe daran, seitlich wegzurutschen. Gegen diesen Widerstand kann das Bein sich abstützen und die Kraft zum Antrieb einzusetzen. Die stetige Fortbewegung wird erreicht durch abwechselndes Abstoßen mit dem Schlittschuh an einem Bein und Gleiten auf dem jeweils anderen Fuß. Da der Reibungswiderstand auf der Flüssigkeitsschicht sehr viel geringer ist als auf festen, trockenen Materialien, wird dabei mit relativ geringem Krafteinsatz eine hohe Geschwindigkeit erreicht.
Vielleicht unklar formuliert, aber im Licht der vorstehenden Erkenntnis, dass es die Reibung ist, die das Eis schmelzen lässt, lassen sich zwei Effekte für die Seitenführung erkennen:
Die Reibungswärme entsteht dort, wo sich Schlittschuh und Eis berühren. Je kleiner diese Fläche, umso mehr Temperaturerhöhung an der Kontaktstelle. Und umso tiefer sinkt eine dünne Kante ein.
Dass daneben auch die elastische Verformung des Eises durch die Kante eine Rolle spielt, schließe ich daraus, dass aus der Ruhe heraus ein Schlittschuh viel leichter in Längsrichtung als in Querrichtung zu bewegen ist.
Nur mit der Klammerbemerkung bin ich nicht einverstanden. Diese Erklärung des Schlittschuhlaufens wurde schon vor 130 Jahren widerlegt, geistert aber immer noch durch die Schulbücher.
http://www.zeit.de/2015/51/eis-schlittschuh-laufen-rutschig-schmelzwasser