Wirkungsgrad meines Autos berechnen durch verrichteter Arbeit zum verbrauchten Benzin?
Mich hat mal der grobe Wirkungsgrad meines Autos interessiert und da bin ich wie folgt vorgegangen: Also ich fahre mit meinem Auto(1850kg) 130km und verbrauch dabei 15,6L Benzin. s= 130km V=15,6L Benzin m=1850kg Dem Tabellenbuch entnommen: Benzin: Ro= 0,8 kg/dm^3 Hi= 42000kJ/kg
Also berechne ich doch:
W(ab)=m×g×s=1850kg×9,81m/s^2×130000m=2.359.305kNm 1Nm=1J also 2.359.505kJ= W (ab)
Energie vom Sprit: 1L=1dm^3
W (zu)=V×Ro×Hi= 15.6dm^3×0,8kg/dm^3×42000kJ/kg= 524.160kJ
Also wo ist der fehler? Die zugeführte Energie kann ja schlecht geringer sein als die abgeführte (ansonsten will ich meinen Nobelpreis). Wie könnte der Wirkungsgrad anderweitig mit den gegebenen werten errechnet werden? LG und Danke im Voraus Manuel
5 Antworten
Wirkungsgrad = Output / Input.
Den Input, Aufwand (Sprit) hast du wohl richtig gerechnet. Den Output aber nicht, du bist ja nicht 130km senkrecht in die Höhe gestiegen.
Die geleistete Arbeit oder die umgesetzte Energie im Output ist
E = s * F , Strecke mal Antriebskraft.
Und diese durchschnittliche Antriebskraft müsstest du kennen. Die ist aber kaum zu messen, und zum Rechnen musst du x Annahmen treffen.
Bei langsamer Fahr ist es nur der Rollwiderstand, falls du topfeben unterwegs warst.
Hier spielen vor allem die Masse und die Reibung eine Rolle.
Bei normaler oder schneller Fahrt ist aber der Luftwiderstand der Hauptanteil der Antriebskraft (falls die Strecke eben war). Hierbei wird die Masse un die Reibung unwesentlich, hingegen steigt die Luftwiderstandskraft quadratisch mit der Geschwindigkeit!
Die grösste Unbekannt ist der Einfluss von Steigung oder Gefälle, denn wo findest du 130km topfebene Strasse?
Du hast mit der Gewichtskraft Fg=m*g gerechnet und dieser Kraftvektor steht senkrecht auf der Erde.
Du musst aber mit den Fahrwiderstand rechnen Ff und der liegt waagerecht zur Erdoberfläche.
Fahrwiderstand=Rollwiderstand + Luftwiderstand
Ff=Fr+Fl=u*Fg=k*v²=u*m*g+k*v² hier ist u der Rollwiderstandsbeiwert,sihe Physik-Formelbuch die entsprechende Tabelle.
mit P=F*s/t mit s/t=v ergibt P=F*v hier ist P die notwendige Antriebsleistung an den Rädern
also P=u*m*g*v+k*v² hier ist v die geschwindigkeit des Fahrzeugs in m/s (meter pro Sekunde)
K ist abhängig vom cw-Wert des Autos (Formbeiwert) ,der Schattenfläche (größte Querschnittsfläche) des Autos und der Luftdichte (rohl=1,29 kg/m³)
Dies Formeln kannst du im Physik-Formelbuch,was du in jeden Buchladen bekommst, nachlesen
der Wirkungsgrad von Autos (Benzinmotor),liegt bei so 35%.
Du musst also zuerst mal den Fahrwiderstand messen (Aufwand ist zu hoch),dann die abgegebene Leistung des Motors und dann noch den Spritverbrauch messen.
FAZIT : Der Aufwand ist viel zu hoch,rechne einfach mal so mit 35% Wirkungsgrad.
Naja das ist ein wenig zu einfach.
Der Wirkungsgrad bei Autos liegt so bei 10%. Die Geschwindigkeit die du raus bekommst muss über die Zeit aufgezeichnet werden. Dann kannst du das integrieren und bekommst deine wahre Energie.
;-)
Man beachte die Wortwahl "wahre Energie" ...
Nicht bös' gemeint ....
Ansonsten überlege mal wo die Energie 'geblieben' ist, wenn er einmal im Kreis gefahren ist ?
Das Stichwort heißt: Energieerhaltungssatz ...
Und rein mathematisch, welche SI-Einheit hat wohl das Integral aus Geschwindigkeit und Zeit das Du berechnen willst ?
Du kannst - ganz generell - nicht über die zurückgelegte Strecke rechnen.
Deine 'Formel' würde gelten, wenn Du das Fahrzeug auf eine Höhe von 130 km gehoben hättest.
Wenn Du im Kreis gefahren wärst wäre Anfangshöhe = Endhöhe und Du hättest die Energie nur in Wärme verwandelt.
Im idealen luftleeren und gravitationsfreien Raum würde ein Körper genau einmal beschleunigt (d.h. Benzin -> kinetische Energie) und einmal gebremst ( d.h. Benzin -> kinetische Energie mit (im Prinzip) negativem Vorzeichen) gebremst werden müssen. Wenn Du nicht rekuperieren kannst, dann brauchst Du beides Mal Sprit.
In Realität hast Du kinetische Energie ausschließlich in Lageenergie (also die Höhenänderung) und in Wärme (also Reibung in Form von Luft- und Rollwiederstand) umgesetzt.
Wirkungsgrad ist Wirkung/Aufwand
Der Aufwand ist klar, das ist die Energie des Sprits.
Aber was ist deine gewünschte Wirkung? Die musst du zuallererst mal definieren. Danach erst kannst du die Wirkung berechnen und ins Verhältnis zum Aufwand stellen.
Was du mit Wab berechnest ist die Zunahme der potentiellen Energie, wenn man einen Berg mit der Höhe s hochfährt.