Energie aus dem Nichts – Gibt es ein Perpetuum mobile? Wäre es nicht vorteilhaft, Maschinen zu verwenden, die einmal in Gang gesetzt ohne weitere Energiezufuhr aus der Umgebung funktionieren und dabei möglichst auch Arbeit verrichten? Immer wieder behaupten Erfinderinnen oder Erfinder, ein solches Gerät, ein „Perpetuum mobile“ (lat. „sich ewig bewegend“), bauen zu können. Was im Entwurf funktionsfähig aussieht, beruht auf falschen Vorstellungen und scheitert in der Praxis. Es müsste Energie aus dem Nichts gewonnen werden. Das ist noch nie gelungen und wird wegen des Energieerhaltungssatzes auch in Zukunft nicht gelingen. Warum werden selbst im 21. Jahrhundert solche Geräte „erfunden“ und zum Kauf angeboten? Gelegentlich ist es naturwissenschaftliche Naivität der Erfinderinnen oder Erfinder, sehr oft allerdings Täuschung gutgläubiger Menschen und – im rechtlichen Sinn – Betrugsabsicht, siehe S. 146. Untersuche, überlege, forsche: Das Perpetuum mobile 79.1 79.2 zeigt den Entwurf einer unmöglichen Maschine aus dem 16. Jahrhundert. W1 a) Erkläre, wie sich der Zeichner die Funktionsweise vorstellte. Welche Energieformen kannst du feststellen? S2 b) Begründe, warum die Maschine nicht zum Schleifen dienen könnte, selbst wenn es gelänge, die Achsen reibungsfrei zu machen. S2 c) Diskutiere, ob die Anlage ein offenes oder ein isoliertes System ist. 79.2 S2 d) Wer möchte nicht in Zeiten hoher Energiekosten energieautark sein, also z. B. elektrische Energie nicht über das Stromnetz beziehen? Darauf zielen Angebote wie das in Abb. 79.4 schematisch dargestellte „Auftriebskraftwerk“ ab. Der Apparat soll nach dem Einschalten sowohl die Luftpumpe antreiben, als auch elektrische Energie für die weitere Verwendung liefern. Vertraue deinen Physikkenntnissen, finde die Gedankenfehler der „Erfinderin“ oder des „Erfinders“ und fasse sie in einem Gutachten zusammen. Experiment: Der springende Gummiball 79.1 Nimm einen Gummiball und lass ihn auf einer ebenen Fläche auf und ab springen. Miss die Höhe, aus der du ihn fallen lässt, und miss die Höhe, die er nach dem Aufspringen wieder erreicht. E3 a) Kann der Gummiball auch höher springen als die Höhe, von der du ihn fallen gelassen hast? Begründe mit Hilfe des Energieerhaltungssatzes. W4 b) Erläutere die verschiedenen Energieformen und die Umwandlung dieser Energieformen. Energieumwandlung beim Trampolinspringen Am Beispiel des Trampolinspringens (79.1) wollen wir Energieumwandlungen beim Sport betrachten. Wir zerlegen die Bewegung in einzelne Phasen: 1. Du steigst auf das Sprungtuch. Durch dein Gewicht werden das Sprungtuch und die Federn elastisch gedehnt. Potenzielle Energie wird in Dehnungsenergie umgewandelt. 2. Zu Beginn musst du hochspringen, im Körper gespeicherte chemische Energie wird in Bewegungsenergie umgewandelt. Das zurückfedernde Sprungtuch unterstützt den Vorgang. Dehnungsenergie trägt zur Bewegungsenergie bei. 3. In der Flugphase wird kinetische Energie in potenzielle Energie (und zurück) umgewandelt. 4. Wenn dabei Drehungen und Salti gemacht werden, wird zusätzlich chemische Energie umgesetzt. 5. Bei der Landung auf dem Sprungtuch wird kinetische Energie in Dehnungsenergie gewandelt. 6. Der Vorgang beginnt wieder bei Punkt 2. Der Vorgang würde bald durch Reibung zu Ende kommen, würdest du nicht aktiv springen. Je mehr Energie du selbst einsetzt, desto stärker unterstützt dich das Sprungtuch. 79.2 Das Perpetuum mobile (Entwurf ca. 1580) – oft versucht, doch nie gelungen. Wasser aus einem Becken treibt ein Wasserrad an. Damit sollen Schleifscheiben betrieben und das Wasser zurück gepumpt werden. Nicht nur wegen der unvermeidlichen Reibung können solche Maschinen nie funktionieren. Der Energieerhaltungssatz verbietet es. 79.3 Mit der Grafik Wasserfall schuf M. C. Escher ein Perpetuum mobile als optische Täuschung. 79.4 Eine Skizze des Auftriebskraftwerkes Umlenkrolle Verbindungskette An ihr sind alle Behälter angeschraubt Behälter Füllen sich mit Wasser Großer Wasserbehälter Umlenkrolle Kompressor Generator Pin (kW) Pout (kW) Druckluft Wird von unten/ innen in die Behälter eingeblasen Auftrieb 79.1 Beim Trampolinspringen erfolgt ein Wechsel von kinetischer und potenzieller Energie. 79 1 Mechanische Arbeit und Energie Thermodynamik Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv
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