Schriftliche Abschlussprüfung Physik 1994/95
4.1 Beschreiben Sie die Energieumwandlungen, die notwendig sind, um aus Brennstoffen elektrische Energie zu gewinnen! Berücksichtigen Sie die Aggregate Dampferzeuger, Dampfturbine, Generator, Transformator.
4.2 Der Wirkungsgrad einer solchen Anlage beträgt h = 0,42 (42 Prozent).
Erläutern Sie diese Angabe.
4.3 Nennen Sie die Gültigkeitsbedingungen für den Energieerhaltungssatz der Mechanik!
Lösung
Aufgabe 4 Energie
(Bitte beachten
Sie den Hinweis am Ende der Seite)
4. 1 Im Dampferzeuger wird durch
das Verbrennen der Kohle heißer Wasserdampf erzeugt. Aus chemischer Energie der Kohle
wird thermische (und kinetische) Energie des Wasserdampfes.
Der Dampf wird unter hohem Druck in die Dampfturbine geleitet und treibt diese an. Da
Turbinen- und Generatorwelle fest miteinander verbunden sind, dreht sich auch der Rotor im
Generator. Die thermische Energie des Dampfes wird in kinetische Energie der Turbine bzw.
des Generators umgewandelt und die kinetische Energie des Dampfes auf die Turbine bzw. den
Generator übertragen.
Durch das Drehen des Rotors im Generator tritt Induktion auf und an den Enden des Rotors
wird eine Wechselspannung erzeugt. Es wird also kinetische Energie in elektrische Energie
umwandelt.
Der Generator liefert Spannungen von etwa 20 kV, die mit Hilfe des Transformators noch
einmal bis 380 kV erhöht werden, um geringere Stromstärken und damit weniger
Wärmeverluste in den Fernleitungen zu erreichen.
4. 2 Diese Aussage bedeutet, dass nur 42% der bei der Verbrennung der Kohle frei werdenden Energie in elektrische Energie umgewandelt werden und damit nutzbar sind. 58% der aufgenommenen chemischen Energie wird unerwünscht in andere Energieformen (z. B. thermische Energie) umgewandelt bzw. Bei Kraftwerken mit Wärme-Kraft-Kopplung als Abwärme (z. B. Fernwärme) für Heizzwecke verwendet.
4. 3 Gültigkeitsbedingungen
für den Energieerhaltungssatz der Mechanik:
Das System muss abgeschlossen sein (keine Wechselwirkung mit der Umwelt).
Es wird keine mechanische Energie in andere Energieformen (insbesondere in thermische
Energie durch Reibung) umgewandelt.
Die vorliegenden Lösungen sind Musterlösungen von Dirk Hein, Freital, und keine offiziellen Lösungen des Sächsischen Staatsministeriums für Kultus. Der Autor garantiert nicht für die Vollständigkeit und Richtigkeit der vorliegenden Lösungen. Wir freuen uns über jeden Hinweis zur Verbesserung dieser Musterlösungen. Bitte senden Sie uns eine Email, Betreff: Prüfung 1995