Warum wird man nie einen Verbrennungsmotor bauen können, der denselben Wirkungsgrad wie ein guter Elektro-Motor hat!?
Hallo Zusammen!
Ich würde mich freuen, wenn mir jemand bei dieser Physik-Frage helfen könnte.
Danke im Voraus!
7 Antworten
Das Umwandeln von Wärmeenergie in Bewegungsenergie beruht auf einem Wärmeaustausch. Es wird also immer Wärme dabei entweichen, so wie Wasser aus einer Turbine entweicht.
Es gibt ja auch keine Turbine, die nur durch Wasserdruck angetrieben wird, ohne dass es hinausströmt. Je höher der Druck, desto weniger Wasser läuft pro gewonnene Energieeinheit weg, aber auf Null lässt sich das nicht reduzieren.
Ebenso beim Verbrennungsmotor. Je höher die Temperatur, desto weniger Wärme muss zur Energiegewinnung entweichen. Auf Null lässt sich das auch nicht reduzieren.
Abgegebene Wärmeenergie reduziert den Wirkungsgrad.
Aus den Schaubildern entnehme ich, dass ihr den Begriff der Entropie schon hattet.
Dazu habe ich schon mal einen ausführlichen Beitrag geschrieben, hier nachzulesen:
https://www.gutefrage.net/frage/kann-mal-jemand-entropie-einfach-erklaeren
Und nun zu deiner konkreten Frage:
Da bei einem Verbrennungsmotor, wie der Namen schon sagt, bei der Energieumwandlung von der chemischen Energie in Bewegungsenergie (genauer gesagt, in mechanische Arbeit) über die Erzeugung von Wärme erfolgt, wird automatisch Entropie erzeugt. Diese Entropie muss mit der Abwärme aus dem Motor abgeführt werden. Das geht über das Kühlwasser und die heißen Abgase. Abwärme durch Enztropierzeugung bedeutet aber immer Verlust an nutzbarere Energie und deshalb wird selbst ein idealer Verbrennungsmotor nie einen Wirkungsgrad von 100 % erreichen können.
Das ist beim Elektromotor anders. Dort entsteht als Zwischenschritt bei der Umwandlung der elektrischen Energie in mechanische Arbeit keine Wärme (im Idealfall). Daher wird auch keine Entropie erzeugt und deshalb kann der Elektromotor im Idealfall auch einen Wirkungsgrad von 100% erreichen.
Die Sache hat allerdings einen Haken. Beim Elektromotor wird die Entropieerzeugung lediglich vom Motor ins Kraftwerk verlagert. Was beim Verbrennungsmotor im Motor selber passiert, nämlich die Umwandlung von chemischer Energie in mechanische Arbeit, passierte beim Elektromotor zuvor schon im Kraftwerk, damit überhaupt Strom erzeugt werden konnte.
Wenn man also den Gesamtwirkungsgrad bei der Umwandlung von chemischer Energie in mechanische Arbeit des Motors betrachtet, unterscheiden sich der Verbrennungsmotor sowie die Kombination Kraftwerk-Elektromotor nicht mehr sehr voneinander.
Randbemerkung:
Wissen sollte man unbedingt, daß auch die Kraftwerke, die den Strom für die guten Elektromotoren erzeugen, einen Wirkungsgrad haben. Und der ist bei Verbrennungskraftwerken kaum besser als bei dem Verbrennungsmotor, und zwar aus den gleichen physikalischen Gründen: Entropie usw. Nur etwa ein Drittel der Brennstoffenergie machen die Dampfturbinen zu Antriebsenergie für die Generatoren, und der Rest wird mit dem Kühlwasser weggeworfen.
Ein Elektromotor hat nur Verluste, die durch Reibung, Leiter und Magnetisierung entstehen.
Beim Verbrennungsmotor setzen die Naturgesetze (Thermodynamik) feste Grenzen. Genutzt werden kann nur der Wärmeunterschied zwischen der Umgebung und der Verbrennungsreaktion, der Bereich zwischen der Umgebung und dem absoluten Nullpunkt ist verloren.
Wenn man den ganzen Energiegewinnungsprozess mit einbezieht, liegen sie gar nicht mehr so weit auseinander.