Entropie und Wirkungsgrad

Wissenschaft Physik
1

Hallo

ich habe noch eine Physikaufgabe (Klasse 8 - kann also eigentlich nicht so schwierig sein) aber ???:

  1. Ein Dampfkrafwerk wird durch heißen Dampf mit
    200°C betreiben, der in jeder Sekunde 1MJ Wäremenergie liefert. Wieviel Entropie nimmt es hierdurch auf?
  • hier denke ich: umrechnen von 200°C in Kelvin
    = 473 K
    S = Q/T = 1000000J / 473K = 2114J/K
    Es nimmt 2114 J/K Entropie auf (stimmt das???)
  1. Es wird abgekühlt durch einen Fluß mit 20°C. Wie viel Wärmeenergie muss das KRaftwerk an den Fluss abgeben um seine Entropie wieder abzugeben?

ist hier richtig ?:
Q = S*T = 2114J/K * 453 (Temperaturdifferenz von Dampf zu Flusswasser) = 957642 J
oder muss ich hier anders rechnen (???)

c) wieviel Energie bleibt um Arbeit zu verrichten ? Gib auch den Wirkungsgrad an.

W= 1000000J - 957642J = 42358 J

und der Wirkungsgrad (eta) ist dann
eta = W/Q (zugeführt) = 42358J / 1000000J = 0,04

das kann doch nicht richtig sein
aber was stimmt nicht - muss ich andere Formeln nehmen???

Für Eure Hilfe vielen Dank
Andrea

2

Hallo Andrea!

…
2. Es wird abgekühlt durch einen Fluß mit 20°C. Wie viel
Wärmeenergie muss das KRaftwerk an den Fluss abgeben um seine
Entropie wieder abzugeben?

Q = S*T = 2114J/K * 453 (Temperaturdifferenz von Dampf zu
Flusswasser) = 957642 J
oder muss ich hier anders rechnen (???)
…

Du musst bei der abgegebenen Entropie mit der Temperatur rechnen, bei der die Abwärme abgegeben wird (nicht mit der Differenz!), also 293 K (entspr. 20°C). Dann erhalte ich 38%. Das wäre natürlich das Optimum (z.B. mit Carnot-Prozess), wenn keine Entropie zusätzlich erzeugt würde („Isentropischer Prozess“). Der reale WG wird also niedriger sein.

Gruß Kurt

PS:

ich habe noch eine Physikaufgabe (Klasse 8 - kann also
eigentlich nicht so schwierig sein) aber ???:

Nun verrate mir und Diggi (siehe seine Antw. auf deine letzte Frage!) doch noch, auf welche „Eliteschule“ dein Junior geht. Wärmepumpe, Entropie, etc. in der 8. (in Worten ACHTEN!) Klasse …, das kapieren ja oft nicht mal Maschinenbau-Studenten!

3

Zur Info:

mein Sohn geht auf ein ganz normales G8.
Aber in Physik habe ich auch eher den Eindruck er „studiert“ bereits

4

Da ist dann ja wirklich keine Luft mehr nach oben, was macht er
denn in Mathe? Partielle Differentialgleichungen ?
Mich würde brennend interessieren wie eine Klausur bei ihm aussieht …

Gruss

5

Noch eine Frage zu Entropie

ein Motor (Viertaktmotor) erhöht die Entropie der Umgebung. Mit der Entropie misst man verschiedene Aspekte. Nenne mindestens 2 und erläutere kurz, was der Motor in Bezug auf diese Apekte bewirkt:

das weiß ich: Entropie heißt, es entsthet ein Zustand höherer Wahrscheinlichkeit
und wir haben auch schon viel über das Thema Entropie gelesen, aber die Frage können wir nicht beantworten
Bitte um nochmalige Hilfe und Danke
Andrea

6

Boah, 8. Klasse ? Ich glaube der Lehrer hat nen Knall.
Bin mal gespannt was der User Michael Bauer dazu schreibt, der
iss Physiklehrer.
Was misst man bitte mit der Entropie ?
Bitte um Aufklärung …
Naja, zunächst bewirkt der Motor durch Entropieerhöhung, dass der
Vorgang irreversibel ist.
Die andere Sache hängt mit der produzierten Wärme zusammen:
Die Entropieerhöhung geht mit einer Temperaturerhöhung einher, die
den Gesamtwirkungsgrad des Motors senkt.

Ich finde diese Frage ist fast nicht zu beantworten, zumindest wenn man den Unterricht nicht kennt.

Gruss

7

Hallo Andrea,
also erst mal muss ich mich Diggi anschließen: Das ist erstens so nicht richtig zu beantworten (man muss im Unterricht gewesen sein, um raten u können, was der hören will) und zweitens ist das nichts, was Schüler in der 8. Klasse wirklich verstehen können. Damit fördert der Physikleher lediglich das weit verbreitete Vorurteil gegenüber der Physik, dass daa alles unverständlicher, nutzloser Formelquatsch ohne Bezug zur wirklichen Welt sei. Schade !

das weiß ich: Entropie heißt, es entsteht ein Zustand höherer
Wahrscheinlichkeit

Anders ausgedrückt: Es entsteht ein Zustand mit „größerer Unordnung“ (größerer Anzahl mikroskopischer Realisierungsmöglichkeiten für die gleichen makroskopisch beobachtbaren Variablen wie Druck, Temperatur …).
Weiterere Punkte:
Wärmeabgabe an die Umgebung gibt Energie ab, die thermodynamisch nicht mehr genutzt werden kann. Bei der Entropieerzeugung wird also „hochwertige Energie“ (Exergie -> http://de.wikipedia.org/wiki/Exergie)inin) „geringwertige Energie“ (Anergie -> http://de.wikipedia.org/wiki/Anergie) umgewandelt.

Durch die Entropieerzeugung wird im Gegensatz zum reversiblen Prozess (Carnot) der Wirkungsgrad verringert. Der isentrope Carnot-Prozess gibt nur soviel Wärme als Abwärme ab, dass die Entropiebilanz Null wird. Wird nun mehr Wärme abgegeben, dann sinkt der WG und die Entropie „des Universums“ steigt.

… aber ob das für die 8. Klasse verständlich ist ? Und ob der Herr Lehrer das wohl selbst kapiert hat ???

Gruß Kurt

8

Hallo Diggi,

Bin mal gespannt was der User Michael Bauer dazu schreibt, der
iss Physiklehrer.

Schade, daß dieser User noch nicht geantwortet hat.
Mich würde die Antwort eines Physiklehrers auf die Frage von Andrea auch interessieren.

Gruß

watergolf

9

Hallo!

Ich war ein paar Tage in Paris und habe nicht ins Forum geschaut und auch meine Mails nicht gelesen. Deswegen ist mir bisher leider entgangen, dass hier nach mir gefragt wurde. Sorry! Ich hoffe, dass dies auch noch gelesen wird, bevor der Thread vollends aus dem aktuellen Forum rutscht.

Also: Ich habe selbst noch nie 8. Klasse in Physik nach G8 unterrichtet. Aber ich weiss, dass da einiges am Lehrplan geaendert wurde und dass der Entropiebegriff nur didaktisch reduziert verwendet wird, so dass er (angeblich) auch in dieser Altersstufe verwendet werden kann.

Es wird in dieser neueren Variante der Didaktik sehr viel mit Anaologien gearbeitet:

Jeder kennt das aus der E-Lehre:

Ladungen (q) fliessen vom Ort des hohen Potenzials zum Ort des niedrigen Potenzials. Die Potenzialdifferenz (die Spannung U) sagt uns, wie viel Energie (W) pro Ladungseinheit transportiert wird:

U = W/q

Nun zur Waermelehre:

Es gibt eine „Substanz“ im weitesten Sinne, die vom Ort hoher Temperatur zum Ort niedriger Temperatur fliesst. Diese Substanz nennen wir Entropie (S). Die Temperaturdifferenz sagt uns, wie viel Waermeenergie (Q) pro Entropieeinheit transportiert wird:

T = Q/S

bzw. nach S aufgeloest:

S = Q/T.

Diese Analogie traegt erstaunlich weit. Die Waermeleitung kann man auf diese Weise mit den gleichen Formalismen behandeln wie die elektrische Leitung (zumindest auf Schulniveau).

Wenn die Entropie, die bei der oberen Temperatur entnommen wurde, mehr Energie enthielt, als sie ans untere Temperaturniveau abgegeben hat, dann wurde ein Teil der Energie in eine andere Form umgewandelt. Eine Energieuebergabeform ohne Entropie ist die Arbeit.

Um auf die urspruengliche Aufgabe zurueckzukommen:

Bei der Temperatur T1 = 473 K wird die Waermeenergie Q1 umgesetzt. Dabei nimmt das Kraftwerk die Entropie S1 = Q1/T1 auf. Bei der unteren Temperatur T2 gibt es die Waerme Q2 wieder ab. Die dabei abgegebene Entropie S2 = Q2/T2 ist gleich S1. Die Energiedifferenz W = Q1 - Q2 ist tatsaechlich mechanisch nutzbar.

Der Wirkungsgrad betraegt also η = W/Q1 = (Q1 - Q2)/Q1 = (T1/S - T2/S) / T1/S = 1 - T2/T1

Ich weiss nicht, ob das tatsaechlich das Niveau der 8. Klasse ist, aber es ist erheblich einfacher als das, was man von der Uni und der Thermodynamik ueber Entropie zu wissen glaubt.

Michael

PS: Ich will nicht verschweigen, dass diese Art der Didaktik ein grobes Manko hat: Entropie ist keine Erhaltungsgroesse. Es laesst sich also doch nicht alles uebertragen.