Big Bang 3, Schulbuch

33 19.2 Wärme in Bewegung umwandeln Energieerhaltungsrakete Wenn du die CO 2 -Rakete nach dem Abflug angreifst, wirst du merken, dass sie saukalt geworden ist ( A7 ). Warum? Bevor die Membran durchstochen wird, bewegt sich die Patrone nicht ( B 19.20 a ). Die Joule stecken nur in der Wärmeenergie des Gases , also in der ungeordneten Bewegungsenergie. Wenn die Pa- trone wegflitzt ( b ), gibt es auf einmal kinetische Ener- gie, also auch geordnete Bewegungsenergie. Weil die Gesamtenergie erhalten bleibt, muss daher die Wär- me des Gases abgenommen haben. Der englische Erfinder Thomas Newcomen konstruierte bereits 1712 die erste Dampfmaschine . Sie konnte aber nur 0,5% der Wärmeenergie in Bewegung des Kolbens umwandeln ( Tab. 19.1 , S. 30 ). Die ersten Dampfmaschi- nen waren also Heizung mit ein bisschen Bewegung. James Watt ( B 19.21 ), nach dem die Einheit der Leistung benannt ist ( Kap. 16.4 , S. 10 ), ver- besserte die Dampfmaschine rund 50 Jahre später. So konnte man immerhin 3% der Wärme in Bewegung umwandeln. Das bedeutet aber umgekehrt, dass im- mer noch 97% der Wärmeenergie einfach ungenutzt in der Umgebung verpufften ( B 19.22 ). a) Die Gesamtenergie steckt nur in der Wärme. b) Die Gesamtenergie steckt in der Wärme und in der Bewegungsenergie. Deshalb muss die Wärme abnehmen. B 19.20 James Watt (1736–1819) B 19.21 Dass bei einer Dampflok sehr viel Wärme ungenutzt verloren geht, siehst du an diesem Wärmebild. B 19.22 Obwohl Dampfmaschinen nicht beson- ders effektiv waren, waren sie für die Entwicklung der Industrie und des Ver­ kehrs extrem wichtig ( B 19.23 ). Ab etwa 1860 kamen dann aber Benzinmotoren auf. In B 19.24 siehst du, wie ein so ge- nannter Viertaktmotor funktioniert, der in ähnlicher Form bereits im be- rühmten Auto von Carl Benz ( B 19.1 , S. 29 ) eingebaut war. 1. Takt, Ansaugen: Das linke Ventil ist offen. Der Kolben bewegt sich hinunter, und das kühle Luft-Benzin-Gemisch wird angesaugt. 2. Takt, Zusammendrücken: Beide Ven- tile sind geschlossen. Der Kolben be- wegt sich hinauf und drückt dadurch das Luft-Benzin-Gemisch zusammen. 3. Takt, Arbeitstakt: Das ist der einzige der vier Takte, in dem der Motor Ener­ gie abgibt. Kurz bevor das Gas kom- plett zusammengedrückt ist, erzeugt die so genannte Zündkerze (siehe auch B 22.32 , S. 65 ) einen Funken. Das Gas verbrennt explosionsartig. Die Gas- moleküle prallen gegen den Kolben und drücken diesen nach unten. Dieser Takt entspricht B 19.19 , nur ist dort der Kolben gedreht dargestellt. 4. Takt, Auspuffen: Das rechte Ventil ist offen. Der Kolben bewegt sich hinauf, und das verbrannte Luft-Benzin- Gemisch wird hinausgedrückt. Und dann geht es wieder mit dem 1. Takt von vorne los. Ein wenig Sehnsucht nach alten Zeiten: Wo heute in Wien die U6 fährt, fuhr bis 1924 eine Zug mit Dampflok. B 19.23 B 19.24 Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv