Wirkungsgrad und Energieentwertung
Keine Maschine wandelt die zugeführte Energie vollständig in die gewünschte Form um. Eine alte Glühlampe macht aus 100 J elektrischer Energie nur etwa 5 J Licht – der Rest wird Wärme. Wie gut eine Umwandlung gelingt, gibt der Wirkungsgrad an.
Die Formel für den Wirkungsgrad
η = Enutz / Ezu = Pnutz / Pzu Wirkungsgrad = genutzte Energie geteilt durch zugeführte Energie
Das Formelzeichen η heißt „eta“. Der Wirkungsgrad hat keine Einheit und wird als Dezimalzahl oder in Prozent angegeben. Er ist immer kleiner als 1 bzw. 100 %.
Beispiel: Elektromotor
Ein Motor nimmt 500 W elektrische Leistung auf und gibt 420 W mechanische Leistung ab.
η = 420 W / 500 W = 0,84 = 84 %. Die restlichen 80 W werden zu Wärme.
Energieflussdiagramme
Ein Energieflussdiagramm (auch Sankey-Diagramm) zeigt, wohin die Energie fließt. Die Breite der Pfeile steht für die Energiemenge:
Typische Wirkungsgrade
| Gerät / Anlage | Wirkungsgrad etwa |
|---|---|
| Glühlampe (Licht) | 5 % |
| LED-Lampe (Licht) | 30–40 % |
| Solarzelle | 20–23 % |
| Benzinmotor im Auto | 25–35 % |
| Kohlekraftwerk | 35–45 % |
| Mensch (Muskelarbeit) | ≈ 25 % |
| Elektromotor | 85–95 % |
| Großer Transformator | über 99 % |
Energieentwertung
Wenn Energie nicht verloren geht – wieso müssen wir dann Energie sparen? Weil bei fast jeder Umwandlung ein Teil als Wärme bei niedriger Temperatur an die Umgebung abgegeben wird. Diese Wärme verteilt sich und lässt sich praktisch nicht mehr nutzen. Man sagt: Die Energie wurde entwertet. Die Gesamtenergie bleibt gleich, aber ihr Nutzen sinkt.
Merke
„Energieverbrauch“ ist physikalisch ungenau. Gemeint ist: Wertvolle Energie (elektrisch, chemisch) wird in wenig nutzbare Wärme umgewandelt.
Typischer Fehler
Bei Ketten von Umwandlungen die Wirkungsgrade addieren. Sie werden multipliziert: Kraftwerk 40 % und Stromleitung 95 % ergeben 0,40 · 0,95 = 0,38 = 38 %.
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