Kühlschrank entzieht Materie Energie?

Wissenschaft Physik
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Hallo liebe Physikexperten,

ich bin, seit ich ein buch über quantenphysik gelesen habe, an ein Problem geraten, das nicht mehr von mir ablässt.

Ein Teilchen hat mehr energie, je wärmer es ist, ja?

Dann hat eine Banane im Kühlschrank, also bei ca. +7°C, mehr Energie als eine andere Banane, die bei Raumtemperatur neben dem Kühlschrank liegt, deren Materie folgernd etwa 13K wärmer ist.

Warum wenden wir dann Energie auf, wenn wir die zweite Banane in den Kühlschrank legen(ich meine nicht die Beschleunigungen) und sie damit abkühlen? Mit der frei werdenden Energie könnte man doch dieselbe(wie Bananenteilchen) Masse an Luftteilchen um 13K erwärmen, oder?

Die Rückwand des Kühlschranks ist warm, aber ist das die frei werdende energie?

mfg guseman

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Jo, du hast es genau erfasst.
Der Banane im Kühlschrank wird Energie entzogen,
mit dieser Energie wird der Raum erwärmt. Dazu kommen noch Verluste
des Kühlschranks.
Gruss

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Hallo liebe Physikexperten,

ich bin, seit ich ein buch über quantenphysik gelesen habe, an
ein Problem geraten, das nicht mehr von mir ablässt.

Wozu braucht man dafür Quantenphysik. Grundlagen Thermodynamik reichen völlig aus.

Ein Teilchen hat mehr energie, je wärmer es ist, ja?

Ja. Und wir reden hier nur über Wärmeenergie, OK.

Dann hat eine Banane im Kühlschrank, also bei ca. +7°C, mehr
Energie als eine andere Banane, die bei Raumtemperatur neben
dem Kühlschrank liegt, deren Materie folgernd etwa 13K wärmer
ist.

Ähem. Umgekehrt. Die Banane im Kühlschrank hat weniger Wärmeenergie, als die draußen.

Warum wenden wir dann Energie auf, wenn wir die zweite Banane
in den Kühlschrank legen(ich meine nicht die Beschleunigungen)
und sie damit abkühlen? Mit der frei werdenden Energie könnte
man doch dieselbe(wie Bananenteilchen) Masse an Luftteilchen
um 13K erwärmen, oder?

Das passiert doch! Die Wärme aus der Banane landet hinten am Kühlschrank am Kühlkörper. Sie erwärmt die Luft, die leichter wird aufsteigt und die Wärme in den Raum wegtransportiert. Und von unten zieht kühler Luft nach. Um wieviel Grad die Luft wärmer wird ist dann ein anderes Thema. Die Menge an Wärmeenergie hat ja auch etwas mit dem Material zu tun, in dem sie drinsteckt.

Beispiel: Bei Wasser muss man für 1 K Temperaturunterschied mehr an Wärmeenergie „bewegen“ als bei der gleichen Masse an Alkohol.

K (Kelvin) oder °C (Grad Celsius) ist das Maß für die Temperatur, die Wärmeenergie wird aber in J (Joule) oder in Ws (Wattsekunde/n) angegeben, je nachdem was man damit gerade ausrechnen möchte.

Gruß

Stefan

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Hallo,

halte mal deine Hand hinten an einen Kühlschrank (oder besser noch an einen Gefrierschrank). Was merkst Du?

Da ist es warm! Diese Wärme ist das, was aus dem Kühlschrank raustransprotiert wird plus etwas Abwärme vom Kompressor.

Wärme ist kinetische Energie von Molekülen. So wie Billard-Kugeln beim Zusammenstoßen ihre kin. Energie auf andere Kugeln verteilen, verteilt sich auch die Wärmeenergie. Woimmer langsame (=kalte) und auch schnelle (=heisse) Moleküle zusammentreffen, werden die schnellen Moleküle gegen die langsamen prallen, diese beschleunigen (aufwärmen) und dabei selbst langsamer werden (abkühlen). das geht solange, bis sich ein Gleichgewicht einstellt (eigentlich eine Bolzmann-Verteilung von Impulsen, aber der Einfachheit halber kann man sich vorstellen, dass dann alle Teilchen etwa gleich schnell sind).

Die Warme Banane im Kühlschrank gibt die Wärmeenergie so an die Umgebung im Kühlschrank ab. Damit steigt die Temperatur im Kühlschrank. Um diesen Temp.ansteig wieder zu verringern, muss ich langsamere Teilchen haben. Woher nehmen? Die Zimmerluft ist viel zu warm. Die warme Umgebung wärmt auch die Wände des Kühlschranks und so dann auch das Innere, was das Problem nochmal vergößert.

Durch Verdunstung kann man Flüssigkeiten abkühlen, durch Druckänderungen kann man Gase abkühlen. Bei der Verdunstung fliegen selektiv ausgerechnet die schnellsten Moleküle aus der Flüssigkeit raus in die Gasphase. Damit verlieren die Moleküle in der Flüssigkeit in der Summe kin. Energie -> Abkühlung. Bei der Ausdehnung von Gasen fehlt mir eine anschauliche Erklärung.

Der Kompressor in Kühlschränken macht nun genau sowas: Er verdunstet eine Flüssigkeit, indem er einen Unterdruck erzeugt. Dort wird es kalt. Das kalte Kühlmittel erwärmt sich im Inneren des Kühlschranks etwas, weil dort die schnelleren Moleküle auf die langsameren des Kühlmittels treffen. Die erwärmten Kühlmittelmoleküle werden mechanisch weitertransportiert, aus dem Kühlschrank heraus und dort wieder komprimiert. Dabei wird die Sache sehr warm und kann so etwas Wärme an die Zimmerluft abgeben, wieder nach dem Molekül-Stoß-Prinzip.

LG
Jochen

PS: Achtung, vereinfachte Darstellung! Nicht nur Translation, sondern auch Rotation und Schwingung sind beteiligt und eigentlich geht es um den Impuls statt um die Geschwindigkeit. Das Prinzip versteht man aber auch so :smile: hoffe ich.

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Wozu braucht man dafür Quantenphysik. Grundlagen Thermodynamik
reichen völlig aus.

Ja, aber erst dabei bin ich drauf gekommen, da ich dort die Grundlagen kennengelernt habe.

Dann hat eine Banane im Kühlschrank, also bei ca. +7°C, mehr
Energie als eine andere Banane, die bei Raumtemperatur neben
dem Kühlschrank liegt, deren Materie folgernd etwa 13K wärmer
ist.

Ähem. Umgekehrt. Die Banane im Kühlschrank hat weniger
Wärmeenergie, als die draußen.

Sorry, mein fehler.

Warum wenden wir dann Energie auf, wenn wir die zweite Banane
in den Kühlschrank legen(ich meine nicht die Beschleunigungen)
und sie damit abkühlen? Mit der frei werdenden Energie könnte
man doch dieselbe(wie Bananenteilchen) Masse an Luftteilchen
um 13K erwärmen, oder?

Das passiert doch! Die Wärme aus der Banane landet hinten am
Kühlschrank am Kühlkörper. Sie erwärmt die Luft, die leichter
wird aufsteigt und die Wärme in den Raum wegtransportiert. Und
von unten zieht kühler Luft nach. Um wieviel Grad die Luft
wärmer wird ist dann ein anderes Thema. Die Menge an
Wärmeenergie hat ja auch etwas mit dem Material zu tun, in dem
sie drinsteckt.

Beispiel: Bei Wasser muss man für 1 K Temperaturunterschied
mehr an Wärmeenergie „bewegen“ als bei der gleichen Masse an
Alkohol.

Stimmt, das kenn ich auch von wikipedia; hat ich vergessen.

K (Kelvin) oder °C (Grad Celsius) ist das Maß für die
Temperatur, die Wärmeenergie wird aber in J (Joule) oder in Ws
(Wattsekunde/n) angegeben, je nachdem was man damit gerade
ausrechnen möchte.

Ja, ich weiß zwar, dass man, um wasser um einen grad zu erwärmen, 4700kJ braucht, mehr kann ich damit aber auch nicht anfangen(mein mangeldes Physikwissen).

Nun, da kommt mir lustiger gedanke, den ich einst als scherz benutzt habe; Also, ein Schokoriegel, 200kJ, werf ich in Wasser, und dieses wird um 200/4700 Grad erwärmt.
Is natürlich Schwachsinn, aber das ginge dann theoretisch, auch wenn die Joule im Schokoriegel inform von Zucker sind… also verbrennung => Wärme… wärmeres Wasser… (So irgendwie kommt man von Schokoladenriegeln zu einer warmen badewanne(?))

Ich glaub, da wird mir der Zusammenhang der J klarer.

Nun, eine Sache noch: Ist der Nährwert auf der verpackung Temperaturbezogen? Man nimmt doch die Wärmeenergie mit auf(oder gibt welche ab), wenn man schokolade isst?

mfg guseman

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Und den Strom, den wir noch zusätzlich dareinstecken, der kommt auch als wärme hinten raus?

mfg guseman

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Hallo!

Wärme fließt immer von Heiß nach Kalt. Dieser Wärmestrom kann genutzt werden, um eine Wärmekraftmaschine (z. B. einen Stirling-Motor oder eine Dampfmaschine) und damit einen Generator anzutreiben. Die Energie, die dem heißen Reservoir entnommen wurde, fließt daher zum Teil zum kalten Reservoir. Der Rest wird in elektrische Energie umgewandelt.

Kehrt man den Prozess um, dann nutzt man die elektrische Energie, um Wärme zu zwingen, von Kalt nach Heiß zu fließen (was sie von sich aus nie machen würde). Also wird so dem heißen Reservoir genau die Energie zugeführt, die aus dem kalten Reservoir und aus dem Stromnetz entnommen wurde.

Michael

8

physiologischer Brennwert
Guten Tag,

da weisst du ja schon sehr viel. Und ein bisschen selbst damit rumrechnen kann dem Verständnis auch weiter helfen.

Ja, ich weiß zwar, dass man, um wasser um einen grad zu
erwärmen, 4700kJ braucht, mehr kann ich damit aber auch nicht
anfangen(mein mangeldes Physikwissen).

Kannst ja mal bei einem Wirkungsgrad von 70 % (die anderen 30 % heizen Herdplatte, Kochtopf und Umgebung) ausrechnen, wie lange eine Herdplatte von 1,3 kW Wärmleistung braucht um 5 l Wasser von 20 °C auf 70 °C (Temperatur für grünen Tee) zu erwärmen.

Und dann kannst du ja umrechnen, wie lange du dafür „strampeln“ müsstest. Ein Mensch kann ca. 100 W Dauerleistung produzieren - Erinnerung.

also verbrennung => Wärme… wärmeres Wasser… (So irgendwie
kommt man von Schokoladenriegeln zu einer warmen badewanne(?))

Also wenn der Schokoriegel verbrennen würde? Oder durch Energie, die bei Änderungen der sog. Phase oder des Aggregatzustandes freiwürde.

Ist der Nährwert auf der verpackung Temperaturbezogen?

Nein. Die geringe Menge an Wärmeenergie wird außer acht gelassen. Klar, wenn man 4 l kaltes Wasser trinkt, muss unser Körper (AFAIK die braunen Fettzellen) schon viel verheizen um das auszugleichen (http://de.wikipedia.org/wiki/Physiologischer_Brennwe…).

Aber da der physiologische Brennwert unserer Nahrung (http://de.wikipedia.org/wiki/Physiologischer_Brennwert) und das was hinterher wirklich an Energie dem Körper zur Verfügung steht (dazwischen ernähren sich auch erst einmal unsere Verdauungsbakterien E. Coli) doch arg unterschiedlich sind, darf man sich fragen, wie sinnvoll diese Angaben wirklich sind.

Man nimmt doch die Wärmeenergie mit auf(oder gibt welche ab), wenn man schokolade isst?

Das dürfte in der Schwankungsbreite der Energiebetrachtung bei Organismen wie wir in der Elektronik so schön sagen „im Rauschen untergehen“.

Gruß

Stefan

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Genau richtig!

Und den Strom, den wir noch zusätzlich dareinstecken, der
kommt auch als wärme hinten raus?

Zwar nicht vollständig im Kühlkörper, sondern auch im Kompressor selbst als Verlustwärme im Antrieb und Reibungswärme in der Mechanik, aber das hilft bei der Antwort auf eine der gängigen Fragen:

Was passiert, wenn man einen leeren Kühlschrank öffnet und anschließt in einem komplett abgeschlossenen Raum?

Genau, die Kühlung schaufelt exakt die gleiche Menge an Wärmeenergie von „Vorne“ nach „Hinten“, aber der Aufwand dafür summiert sich auf.

Es wird also immer wärme im Raum.

Gruß

Stefan

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Ja, das ham sie mal bei gallileo gebracht… Kühlschrank als klimaanlage…

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Hallo!

Durchaus praktisch wäre ein Kühlschrank, welcher die Wärme aus der Banane zieht, sie in Strom umwandelt und ins Netz einspeist.

Einziger Nachteil: Es ist unmöglich.

Grüße

Andreas

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Warum? Angenommen, die Energie der Banane würde zu 100% die Luft wärmen; dann kann man doch in diesem Raum(Natürlich geschlossen und möglichst klein) einen Wärmetauscher anbringen, welcher die warme Luft wieder auf die vorherige Temperatur kühlt. Nein?

mfg guseman

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Hallo!

Warum?

Weil sonst längst jemand so was erfunden hätte und über Nacht zum reichsten Mensch der Welt geworden wäre. Könnte man Strom aus Umgebungswärme erzeugen, wären alle Energiereserven, Kohle, Öl, Atom usw., überflüssig.

Angenommen, die Energie der Banane würde zu 100% die
Luft wärmen; dann kann man doch in diesem Raum(Natürlich
geschlossen und möglichst klein) einen Wärmetauscher
anbringen, welcher die warme Luft wieder auf die vorherige
Temperatur kühlt. Nein?

Und wie willst du dann die Wärme in Strom umwandeln?

Grüße

Andreas

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Und wie willst du dann die Wärme in Strom umwandeln?

Ich weiß, dass ich nicht alles glauben soll, was ich lese, aber kannst du mir dann erklären, warum mal in der WdW stand: „Handyakku beim telefonieren aufladen“? Da sollte nämlich ein wärmetauscher(ich weiß nicht was das is, aber demnach erzeugt es Strom) zwischen der warmen Hand und der kälteren Luft Strom erzeugen.

mfg guseman

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Hallo!

Ich weiß, dass ich nicht alles glauben soll, was ich lese,
aber kannst du mir dann erklären, warum mal in der WdW stand:
„Handyakku beim telefonieren aufladen“? Da sollte nämlich ein
wärmetauscher(ich weiß nicht was das is, aber demnach erzeugt
es Strom) zwischen der warmen Hand und der kälteren Luft Strom
erzeugen.

Natürlich kann Wärme von warm nach kalt fließen. Diesen Energiefluss kann man, wenigstens teilweise, in elektrische Energie umwandeln.

Aber Wärme fließt nicht ohne weiteres von von warm nach warm und schon gar nicht von kalt nach warm.

Bevor wir jetzt noch endlos weiterdiskutieren, lies mal das hier:

http://de.wikipedia.org/wiki/Carnot-Wirkungsgrad

Grüße

Andreas

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Hallo,

Da sollte nämlich ein
wärmetauscher(ich weiß nicht was das is, aber demnach erzeugt
es Strom) zwischen der warmen Hand und der kälteren Luft Strom
erzeugen.

Das ist ein alter Wein in neuen Schläuchen. Man nennt das ‚thermoelektrischen Generator‘: http://de.wikipedia.org/wiki/Thermoelement#Energiewa….
Wichtig dabei zu beachten: Wärme allein reicht nicht, man benötigt einen Temperaturunterschied. Der bei der Nutzung durch den Generator natürlich kleiner wird.
Gruß
loderunner