Wärmepumpe 2. Hauptsatz der Thermodynamik?
Hallo,
Eine Wärmepumpe nimmt eine elektrische Leistung von 1000W auf. Damit "pumpt" sie eine Wärmeleistung von 3000W. Was wäre, wenn ich daraus wie auch immer mit einem Wirkungsgrad von 100% Strom erzeugen würde? Dann hätte ich 3000W Strom, womit ich die Wärmepumpe betreiben würde und hätte immernoch 2000W übrig. Die hätte ich aus der Umgebungswärme erzeugt. Was ist daran falsch? Der 2. Hauptsatz der Thermodynamik besagt, dass dies ein Perpetuum mobile 2. Art ist.
4 Antworten
Man kann zwar aus einem Temperaturgefälle Energie gewinnen, aber immer nur anteilig gemäß der Temperaturdifferenz. Wenn die warme Seite 450 K hat, die kalte 300 K, sind das (450-300)/450=33%. Nennt sich Carnot-Wirkungsgrad.
Ohne Verluste zu berücksichtigen bekommst du gerade deine 1000 W wieder raus, die vorher gepumpte Wärme muss dazu ungenutzt zurückfließen. Das wäre ein pm 2. Art.
Was du vorhast wäre ein pm 1. Art.
Was wäre, wenn ich daraus wie auch immer mit einem Wirkungsgrad von 100% Strom erzeugen würde?
Dann hättest du eine neue Physik erfunden.
Was ist daran falsch?
Daran falsch ist, dass Wärme sozusagen das Abfallprodukt jeder Energie ist und sich immer nur ein Teil von Wärme in andere Energieformen umwandeln lässt. Je geringer die Differenz der Temoperaturen ist, umso geringer ist der umwandelbare Anteil. Von vornherein kann man pauschal sagen, dass du aus der Wärme niemals mehr an elektrischer Energie herausziehen kannst, als du vorher reingesteckt hast. Durch technische Verlkuste ist das sogar deutlich weniger.
Der 2. Hauptsatz der Thermodynamik besagt, dass dies ein Perpetuum mobile 2. Art ist.
Mehr zum 2. HS bzw. zum Begriff der Entropie habe ich hier geschrieben:
https://www.gutefrage.net/frage/kann-mal-jemand-entropie-einfach-erklaeren
wenn ich daraus wie auch immer mit einem Wirkungsgrad von 100% Strom erzeugen würde?
Genau da liegt ja das Problem.
Um Wärme umzuwandeln brauchst du ein Temperaturgefälle. Die Wärmepumpe entzieht der Luft die Temperatur und du nutzt dieses Gefälle für deine Energiegewinnung, also am Ende zirkuliert da Luft und die Nettoenergie ist die Elektrische Energie der Wärmepumpe.
Nee, ist es nicht. Die Energie wird ja nicht einfach so erzeugt, sondern lediglich transportiert, von einem wärmeren zu einem kühleren Ort.
Die Energiebalance bleibt aber gleich. Also was du gewinnst, verliert die Erde an entnommener Wärme.
Ich gehe davon aus, dass das Medium entfernt auf eine Temperatur gebracht wird, die über der lokalen Temperatur liegt, bevor es von der Pumpe nach lokal gepumpt wird - womit die Wärmemenge auch nicht homogen verteilt ist. Wir bringen ja externe Wärme in den lokalen Raum, und verstossen damit auch nicht gegen den zweiten Hauptsatz der Thermodynamik - ein Gefälle existiert ja.
Es wird auch nicht gegen den 2ten Hauptsatz verstoßen, das ist ja schon klar.
Die Frage ist aber ob man aus der Umgebung ohne Temperaturdifferenz mit einer Wärmepumpe eine Temperaturdifferenz erzeugen kann und daraus Strom gewinnen kann.
Sobald du Nettoenergie bei keiner Wärmedifferenz gewinnst hast du ein Perpetuum Mobile 2ter Art. Natürlich steckt in dem Beispiel auch eins erster Art drinnen.
Wenn mans aber so schreibt:
Die Wärmepumpe benötigt 1000W elektrische Leistung und gewinnt dabei aus der Umgebungsluft eben 1250W Wärmeenergie, diese Wärmeenergie wird mit 80% Wirkungsgrad in elektrische Energie gewandelt und treibt die Wärmepumpe an, das wäre ein klassisches Perpetuum Mobile 2ter Art.
Richtig, generell ist das was ein Perpetuum mobile beschreibt: Mehr Energie rausholen als hineingesteckt wird. Allerdings unter Berücksichtigung von aller einfließender Energie, nicht nur den Teil, der nicht-lokale Energie lokal verfügbar macht. Sonst hätte ich ja auch ein Perpetuum mobile, würde ich in einen Tanklaster 100 liter Sprit stecken, um 20 Tonnen Sprit zu holen.
Ja wobei aber ein Perpetuum Mobile 2ter Art nicht zwingend dem ersten Hauptsatz widerspricht.
Also bei einem Perpetuum Mobile 2ter Art kann die Energieerhaltung ja durchaus gelten und nur der zweite Hauptsatz verletzt sein.
Was sollte Praktikabel sein?
Es ist nicht möglich so eins zu bauen darum gehts ja.
Ich sage ledilich, dass eine Begründung mittels Energiehaltung bei einem Perpetuum Mobile 2ter Art nicht funktioniert weil die Energieerhaltung ja gegeben ist.
Um das zu widerlegen muss man mit dem zweiten Hauptsatz argumentieren.
Ich nehme an, dass uns beiden klar ist, dass Perpetuum mobiles nicht innerhalb unserer physikalischen Gesetze existieren können. Unter diesen Voraussetzungen ist demnach alles, was wir tun können, uns gegenseitig bestätigen.
Was an der Stellung falsch ist, ist vermutlich auch schon deutlich, nämlich dass externe Energie lokal gemacht wird bzw. werden muß. Die lokale Wärme alleine lässt sich unter Aufwand von Energie nicht in ein Energiedifferential versetzen, welches gleich oder größer ist als die hineingesteckte Energie.
Sind noch Punkte undeutlich, oder etwas, das ich übersehen habe?
Du meinst ein Perpetuum Mobile erster Art nicht 2er Art, das ist etwas anderes.