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Energieumwandlungen in Kraftmaschinen

01. Was bezeichnet man als Kraft?

Die Kraft F gibt an, wie stark Körper aufeinander wirken. Die Kraft kann eine Verformung (statische Kraftwirkung) und/oder eine Änderung des Bewegungszustandes (dynamische Kraftwirkung) hervorrufen.

02. Was sind Kraftmaschinen?

Kraftmaschinen wandeln Energie um in eine für den Menschen nutzbare Form. Meist erfolgt eine Umwandlung in mechanische Energie, um Körper zu verformen oder ihren Bewegungszustand zu verändern. Als Arbeitsmedien werden dafür genutzt: Wasserkraft, Windkraft, Sonneneinstrahlung, Erdwärme, Muskelkraft von Mensch und Tier, Gezeitenströmung, fossile Brennstoffe usw. Die Endenergie (= Energie am Ort der Verwendung = Ergebnis der Energieumwandlung) besteht aus Nutzenergie und ungenutzte Energie; bei jeder Energieumformung ist der Anteil der genutzten Energie Primärenergie ist die ursprüngliche Energieart (z. B. Steinkohle, Kernbrennstoff, Erdöl; Sekundärenergie ist umgewandelte Primärenergie (z. B. Strom, Koks, Fernwärme).

Die wichtigsten Kraftmaschinen sind:

  • Verbrennungskraftmaschinen (chemische Energie → Bewegungsenergie), z. B. Gasturbine, Dieselmotor, Ottomotor

  • Elektromotoren (elektrische Energie → Bewegungsenergie), z. B. als Antrieb für Pumpen, Hebewerkzeuge, Transportsysteme

  • Hydraulische und pneumatische Kraftmaschinen (Strömungs-/Druckenergie → mechanische Energie), z. B. Hebe-/Schubvorrichtungen

Energieumwandlungen durch Kraftmaschinen sind z. B.:

EnergieformKraftmaschine
= Energieumwandler
 Endenergie
Windkraft

Kinetische Energie
WindmühleNutzenergie
(= kinetische Energie)
+
ungenutzte Energie
(= thermische Energie, z. B. Reibung)
Windkraft

Kinetische Energie
WindkraftanlageNutzenergie
(= elektrische Energie)
+
ungenutzte Energie
Strom/Spannung

Elektrische Energie
ElektromotorNutzenergie
(= mechanische Energie)
+
ungenutzte Energie
Uran/Kernspaltung

Chemische Energie
KernkraftwerkNutzenergie
(= thermische Energie und elektrische Energie)
+
ungenutzte Energie
Oxidation von Brennstoffen
(Verbrennung)

Chemische Energie
KraftwerkNutzenergie
(= thermische Energie und/oder elektrische Energie)
+
ungenutzte Energie