Reine Wärmeenergie in elektrische umwandeln?

Wissenschaft Physik
#1

Hallo zusammen,

mich würde mal interessieren, ob es theoretisch möglich ist, REINE Wärmeenergie in z.B. elektrische Energie umzuwandeln? Ich dachte z.B. an ein System das mittels Laserkühlung arbeitet. Bei einer Kühlung mittels Laser wird ja die Bewegungsenergie der Atome durch die Photonen gebremst. Die Bewegungsenergie verschwindet dabei nicht sondern wird (so wie ich das verstanden habe) auf das relfektierte Photon übertragen dass den „kühlenden“ Impuls auslöst. Dieses Photon ist dann energiereicher. Wenn dieses dann im Anschluss auf eine Solarzelle trifft, müsste sich die Energie doch in elektrische umwandeln lassen.

Ist so ein Prozess physikalisch möglich? Das wäre ja echte umwandlung von thermischer in elektrische Energie, oder? Dass das ganze evtl. technisch keinen Sinn macht ist verständlich. Es geht mir hauptsächlich darum zu verstehen, ob man auch reine thermische Energie wieder umwandeln kann (z.B. eben in elektrische).

Oder lässt sich Wärmeenergie überhaupt nicht mehr in andere Energieformen transformieren?

Liebe Grüsse

#2

Moin,

mich würde mal interessieren, ob es theoretisch möglich ist,
REINE Wärmeenergie in z.B. elektrische Energie umzuwandeln?

sicher dat
https://de.wikipedia.org/wiki/Thermoelement#Thermoel…
Die direkte Wandlung von Wärme in elektrische Energie ist mit einem „thermoelektrischen Generator“ möglich (Thermovoltaik). Statt Metallen werden hier Halbleitermaterialien verwendet (siehe Peltier-Element), wodurch sich die Effizienz gegenüber metallischen Thermoelementen wesentlich steigern lässt. Heute verfügbare thermoelektrische Elemente haben dennoch nur einen verhältnismäßig geringen Wirkungsgrad. Hinsichtlich einfachem Aufbau, Zuverlässigkeit und Lebensdauer sind sie jedoch allen anderen Verfahren überlegen.

Gandalf

#3

Ahh vielen Dank. Aber lässt sich dabei der Umgebung netto Wärme entziehen? So wie ich das verstanden habe wird ja nur die Differenz ausgenutzt.

Wenn ich jetzt theoretisch ein abgeschlossenes Behältniss hätte, das keinen Wärmeaustausch mit der Umgebung zulässt. Darin verbaue ich ein Peltier Element und kühle z.B. eine Seite des Elementes ab, während ich die andere heize (mittels einer Wärmepumpe die wir jetzt mal komplett aus der Theorie ausschließen, also keine Abwärme und elektrisch benötigte Leistung mit einbeziehen). Also so, dass von aussen KEINE zusätzliche Wärme eingebracht wird. Mit der gewonnenen Energie versorge ich ausserhalb des Behältnisses eine Lampe. Wird dann dieses geschlossene Behältniss auf Dauer kühler? Letzendlich wandert ja tatsächlich irgendwo Energie ab. Oder?

#4

Moin,

bei all diesen Prozessen werden natürlich die Erhaltungssätze und der 2. Hauptsatz der Thermodynamik nicht verletzt.

Und Energiefluss (also auch Stromfluss) ist immer an Potentiale gebunden.

Ein Perpetuum mobile ist natürlich nicht möglich.

Gandalf

#5

Hallo,

ich verstehe Deinen Aufbau nicht ganz.
Aber ein Peltier-Element braucht immer eine warme und eine kalte Seite, also eine Temperaturdifferenz. Es fließt Wärme von der warmen zur kalten Seite, und ein Teil davon wird in Elektroenergie umgewandelt.

Gruß
Olaf

#6

Ja stimmt das war etwas kompliziert. Nehmen wir ein Peltier Element, welches sich in einer isolierten Kugel befindet. Die Luft in der Kugel hat normale Raumtemperatur. Das Peltier Element ist auf einer seite heiß und auf einer kalt. Nach aussen ist das System mittels drähten verbunden und betreibt dort (ausserhalb) z.B. eine LED oder andere Stromkonsumenten. Irgendwann wird sich das Peltier Element ausgleichen und der Stomfluss nach aussen versiegen. ABER: Wie verändert sich die Gesamttemperatur in der Kugel? Insgesamt muss sich ja die Lufttemperatur bzw. die Gesamttemperatur etwas verringert haben, oder? Denn letzendlich ist ja Energie abgeflossen zu einem Verbraucher. Die fehlt ja im System und da das Pelltierelement die Wärme nutzt, müsste doch (rein theoretisch) diese Wärme in der Kugel fehlen.
Oder habe ich einen Denkfehler?
Das verletzt ja auch nicht die Thermodynamik, oder?

#7

Hi.

Insgesamt muss sich ja die
Lufttemperatur bzw. die Gesamttemperatur etwas verringert
haben, oder? Denn letzendlich ist ja Energie abgeflossen zu
einem Verbraucher. Die fehlt ja im System und da das
Pelltierelement die Wärme nutzt, müsste doch (rein
theoretisch) diese Wärme in der Kugel fehlen.

Ja.

Das verletzt ja auch nicht die Thermodynamik, oder?

Bisher noch nicht.
Genau wie die isotherme Ausdehnung wo die Wärme voll in die mechanische Arbeit übergeht verletzt den zweiten Hauptsatz nicht.

Dein Problem kommt erst, wenn du auf diesem Basis eine Maschine die nicht anderes macht als Wärme komplett d.h ohne einer Kompensation hinauf transportieren haben willst oder in eine egal welchen Energieform.
Was du ja wenn ich mich nicht arg tausche vor hast:smile:

Gruß

Balázs

#8

Super, vielen Dank :smile:

Nene das ist mir schon klar, dass eine 100%tige Umwandlung nicht funktioniert. Dann hätte ich ja ein Perpetuum mobile. Also dass ich dennoch von aussen Energie zuführen muss ist mir bewusst :smile:

Liebe Grüsse :smile:

#9

Dann hätte ich ja ein Perpetuum mobile.

Genauer nur eine PM 2A.:smile:
Man ist einig, daß PM 1A nicht möglich ist.
Über PM 2A. wird aber noch weiterhin und ernsthaft debattiert.

Hartman brachte das Problem um 1900 so auf den Punkt.
Wo die Grenzen des zweiten Hauptsatzes liegen werden wir erst mit Sicherheit sagen können, wenn wir gelernt haben Maschinenbedingungen auf molekulare Ebene zu realisieren.

Wir sind heute schon so weit:smile:

Liebe Grüsse :smile:

Danke and return

Balázs

#10

Achso, dann ist das Perpetuum Mobile der zweiten Art noch garn nicht komplett vom Tisch? Das ist ja spannend :wink:

Liebe Grüsse :smile:

#11

Hallo Kolibri1!

mich würde mal interessieren, ob es theoretisch möglich ist,
REINE Wärmeenergie in z.B. elektrische Energie umzuwandeln?

Das geht nicht. Und so wie du fragst, muss man einfach auch die Begriffe mal eben zerpflücken. Die Temperatur ist die durchschnittliche kinetische Energie in einem Bereich. Wärme ist die Übertragung derselben.

So gesehen gibt es keine reine Wärmeenergie. PUNKT.

Ich dachte …

Da ist es wieder, das Zauberwort!

Schau dir den Carnot-Prozess an. Da sind die physikalischen Grenzen definiert. In der Praxis bieten sich da ungeahnte Möglichkeiten.

Gruß, Zoelomat

#12

Achso, dann ist das Perpetuum Mobile der zweiten Art noch garn
nicht komplett vom Tisch? Das ist ja spannend :wink:

Die Hauptsätze sind lupenreine Erfahrungssätze. Somit sind sie aus der Warte der Logik betrachtet Freiwild:smile:

Die Jagd hat schon Maxwell eröffnet.
Ich muss dich aber warnen, das Vieh ist sehr schlau:smile:))

Liebe Grüsse :smile:

Return:smile:

#13

Hallo Gandalf

bei all diesen Prozessen werden natürlich die Erhaltungssätze
und der 2. Hauptsatz der Thermodynamik nicht verletzt.

Und Energiefluss (also auch Stromfluss) ist immer an
Potentiale gebunden.

Soweit ich das sehe ist ein Stromfluss immer an ein elektrisches Feld gebunden. Aber das E- Feld braucht sich nicht unbedingt als Gradient eines Potentials ergeben. Siehe Induktion.

Ein Perpetuum mobile ist natürlich nicht möglich.

Gruß

Peter

#14

Dann lass ich mich mal überraschen ob die Experimentalisten das Vieh irgendwann austricksen können :smile:

Liebe Grüsse :smile:

#15

Dann lass ich mich mal überraschen ob die Experimentalisten
das Vieh irgendwann austricksen können :smile:

Ich habe schon paar Jahren mit einem Prof. der führend in dem Disziplin der Elementarmagnetenherstellung ist über eine mögliche Versuchsanordnung mich unterhalten.
Es wäre eine Art auf die Induktion basierende maxwellscher Dämon:smile:
Was dazu nötig wäre ist im Prinzip ja vorhanden.
Aber da ist nix mit Küchentischtechnologie zu machen:smile:

Liebe Grüsse :smile:

Balázs

#16

Ich lass mich auf alle Fälle überraschen, das Thema ist wirklich sehr spannend und man kann wohl Stundenlang darüber grüben *g*

Liebe Grüsse :smile:

#17

das Thema ist wirklich sehr spannend und man kann wohl Stundenlang darüber
grüben *g*

Seit mehr als hundert Jahren hat man das schon fleißig getan auf die paar Stündchen kommt es gar nicht mehr an:smile:

Unser Motto: avanti Dilletanti:smile:))))

Liebe Grüsse :smile:

Balázs

#18

Seit mehr als hundert Jahren hat man das schon fleißig getan
auf die paar Stündchen kommt es gar nicht mehr an:smile:

Da stimme ich dir voll und ganz zu :smile:

Liebe Grüsse

#19

Hallo Zoelomat

So gesehen gibt es keine reine Wärmeenergie. PUNKT.

Ja.

Schau dir den Carnot-Prozess an. Da sind die physikalischen
Grenzen definiert.

Aufgezeigt.

In der Praxis bieten sich da ungeahnte
Möglichkeiten.

Das finde ich aber etwas überzogen:smile:
Angesichts der langen Geschichte der Wärmekraftmaschinen sehe ich diese nirgendwo.
Der letzte Verbesserung an das idealen Prozess anzunähern war der Flachplattenstirling (sechziger oder siebziger? Jahre) nach meinem Kenntnisstand.
An die mechanische Maschinenwirkungsrad den Hubkolbenmotoren kann man noch was sicher feilen.
An den Thermischen nur, wenn die Materialien mit paar Größenordnungen hitzebeständiger werden und die Abgastemp. genau so niedriger wird:smile:

Gruß, Zoelomat

Balázs

#20

Hallo

Die Frage ist etwas defizitär, weil Wärme immer noch die Hauptenergieform ist, die in elektrische Energie umgewandelt wird.
Begriffe wie die exotische Laserkühlung verfeinern das nicht.
Entscheidend ist übrigens der Wirkungsgrad, mit dem Wärmeenergie in mechanische oder elektrische Energie umgesetzt wird.
Gibt es einen besonders guten Wirkungsgrad einer Wärmekraftmaschine von z.B. nahe 100%, ist es möglich, unter Verwendung einer künstlichen Temperatursenke eine Umgebungswärme auszunutzen, ganz egal, ob das nun irgendwo als Perpetuum Mobile bezeichnet wurde, oder nicht.

MfG
Matthias