//
Artikel Archiv

Energieentwertung

Diese Schlagwort ist 15 Beiträgen zugeordnet

Kekse Tunken zum 2. Advent

Abbé Montret tauchte zwei Kekse auf einmal in sein Glas
und schnappte sie gierig auf, bevor sie sich in der Flüssigkeit auflösten  und im Glas verschwinden konnten.
Pascal Quignard*

Einen Keks in den Tee oder Kaffee zu tunken, entspricht nicht den allgemein akzeptierten Tischmanieren. Vielleicht nur deshalb, weil dabei leicht „Unfälle“ passieren können, bei denen die weiche und anhängliche Keksmaterie an Stellen geraten kann, wo sie nicht hingehört. Denn der eingetunkte und dadurch mehr oder weniger stark aufgeweichte Keks (wenn man denn überhaupt noch von „Keks“ sprechen kann) birgt die Gefahr entweder im Getränk zu versinken, was ein späteres Auslöffeln der Kekssuppe nach sich ziehen würde, oder auf dem Wege zum Mund unter dem eigenen Gewicht zu zerfallen und vom noch harten Teil, an dem er angefasst wird, abzufallen. Weiterlesen

Eine windige Sache…

Der Mont Ventoux hat einen Mondgebirgsgipfel. Sturm will das Auto gleich in den Abgrund schmeißen, und wenn die Menschen die Aussicht bis ans Meer genießen, frieren sie sehr. Auf dem Nachbarplateau Stacheldraht Wüste etliche Bunker, da fuhren wir weiter. Die nackte Erde ergrünte, winzige Kiefern schwärmten aus, vorn ein paar Einzelne Mutige die auch allein etwas wagen.
Die Zedern versammeln sich an einer anderen Stelle. Einigen fehlten die vorwitzigen ewig winkenden Schöpfe, und unser Auto furzte sich fröhlich die zehnprozentige Steigung hinab
.“ Weiterlesen

Rätselfoto des Monats Mai 2019

Warum dominiert die Kreisförmigkeit?


Erklärung des Rätselfotos des Monat April 2019

Frage: Was schwant uns hier?
Antwort: Die Frage ist zugegebenermaßen nicht ganz präzise und eines physikalischen Phänomens unwürdig gestellt. Die Rechtfertigung besteht darin, dass das Foto auch nicht ganz ernst zu nehmen ist, weil es absichtlich auf den Kopf gestellt wurde. Das haben einige der Kommentaroren auch bemerkt. Dieser Gag wird zum einen dadurch gerechtfertigt, dass das Foto am 1. April gezeigt wurde und zum anderen dadurch, dass man auf diese Weise vielleicht auf eine Diskrepanz stößt: Denn mit der Farbsättigung des weißen Gefieders des Schwans stimmt etwas nicht. Es kann nicht sein, dass die Spiegelung im Wasser eine größere Lichtintensität aufweist als der reale Schwan. Schließlich wird nur ein Teil des auf dem Wasser auftreffenden Lichts in Abhängigkeit vom Einfallswinkel reflektiert; der Rest wird vom Wasser absorbiert.
Die Intensität des weißen Lichts, das direkt vom Gefieder diffus reflektiert wird, ist sogar so groß, dass wir es mit einer Irradiation (Überstrahlung) zu tun haben. Auf diese Weise verschwinden Konturen, die durch Schattierungen hervorgerufen werden. Daher sind in der wesentlich geringeren Lichtintensität, die vom gespiegelten Schwan ausgehen, die Strukturen zu erkennen, die beim realen Schwan überstrahlt wurden.
Eine weitere Konsequenz der Bildverkehrung ist in dem unnatürlich wirkenden Wasserberg zu sehen, der in Wirklichkeit aus der durch den schwimmenden Schwan erzeugten Bugwelle besteht.
Wer sich davon überzeugen möchte, wie das korrekt gedrehte Foto wirkt, sollte vor dem Bildschirm einen Hand- oder Kopfstand machen :-). Aber irgendwie habe ich auf dem Kopf stehend dass Gefühl, dass es noch eine einfachere Möglichkeit geben müsste; wenn es mir gelänge in dieser ungewöhnlichen Lage einen klaren Gedanken zu fassen. Naja, immerhin hat man als Nebeneffekt eine kleine sportliche Übung als Ausgleich für das ungesunde Vor-dem-Bildschirm-hocken.
Ich habe mich darüber gefreut, dass mehrere Blogfreunde*innen das Problem im Prinzip und weniger wortreich gelöst haben oder der Lösung sehr nahe waren.

 

 

Ein reinigender Regen

Es regnete so stark, daß alle Schweine rein
und alle Menschen dreckig wurden.

Georg Christoph Lichtenberg (1742 – 1799)

Bei einer Wanderung werde ich von einem Regenschauer überrascht. Meine Hose wird mit Dreckspritzern übersät, die die prasselnden Regentropfen vom matschigen Boden auslösen. Als ich beginne, mich darüber zu ärgern, fällt mein Blick auf einige Blätter, die auf dem dreckigen Boden wie „abgeleckt“ aussehen. (Vergrößern durch Klicken.) Weiterlesen

Rätselfoto des Monats September 2018

sandsturmschatten_rvWas ist zu sehen, und wie kommt es zustande?

 


Weiterlesen

Guttation – ein Notfallprogramm der Pflanzen

Guttation_rvIm Frühtau findet man die Blätter von Pflanzen häufig mit winzigen Tröpfchen besetzt: Tautropfen. Sie entstehen dadurch, dass durch die Abkühlung in der Nacht der Taupunkt unterschritten wird: Weil die maximale Feuchtigkeit mit der Temperatur abnimmt, wird sie kleiner als die absolute Feuchtigkeit, sodass der überschüssige Wasserdampf zu kleinen Tröpfchen kondensiert. Weiterlesen

Feuerwoge jeder Hügel

Feuerwoge jIMG_1511eder Hügel,
Grünes Feuer jeder Strauch,
Rührt der Wind die Flammenhügel,
Wölkt der Staub wie goldener Rauch.

Wie die Gräser züngelnd brennen!
Schreiend kocht die Weizensaat.
Feuerköpfige Blumen rennen
Knisternd übern Wiesenpfad.

Blüten schwelen an den Zweigen.
Rüttle dran! Die Funken steigen
Wirbelnd in den blauen Raum –
Feuerwerk ein jeder Baum!

Georg Britting (1891 – 1964)

Die auch in diesem ausdruckstarken Gedicht bemühte Analogie zwischen dem Feuer und blühenden Pflanzen findet man sehr häufig in der Poesie. Insbesondere wird die (Kerzen-)flamme immer wieder mit Blumen verglichen, die hier mit einigen Zitaten belegt wird:

„Jede Pflanze ist eine Lampe. Der Duft ist aus Licht“

„Die blauen Lupinen glühten wie liebliche Lampen“ Weiterlesen

Von der Energieentwertung zur Entropie

Schlichting, H. Joachim. In: Praxis der Naturwissenschaften / Physik 49/2, 7-11 (2000).

Zur physikalischen Beschreibung der lebensweltlichen Energie sind zwei komplementäre physikalische Konzepte nötig: Energie und Entropie. Die Energie beschreibt den Erhaltungsaspekt, die Entropie den Verbrauchs- und Antriebsaspekt. Wir haben vorgeschlagen, die Entropie im Rahmen der Mittelstufenphysik vorläufig durch das (qualitative) Konzept der Energieentwertung zu ersetzen und dadurch ein weitgehendes qualitatives Verständnis der Energetik zu erreichen. Auf dieser Grundlage wird im folgenden ein Weg zu einer Quantifizierung der Energieentwertung als Entropie skizziert.

PDF: Von der Energieentwertung zur Entropie

Energieentwertung – ein qualitativer Zugang zur Irreversibilität

Schlichting, H. Joachim. In: Praxis der Naturwissenschaften/ Physik 49/2 (2000); 2-6. 

Geht man davon aus, dass es zu den allgemeinen Zielsetzungen des Physikunterrichts gehört, ein angemessenes Verständnis der durch die Naturwissenschaften geprägten Welt zu ermöglichen, so kann sich der Unterricht nicht auf die Idealgestalten der Physik beschränken, sondern muß sich einer aktiven Auseinandersetzung mit den lebensweltlichen Erfahrungen der Schülerinnen und Schüler stellen.
Die Thermodynamik mit ihren allgemeinen Begriffen und Konzepten wie System, Zustand, Zustandsänderungen, Energie und Entropie kann dabei eine wesentliche Rolle spielen. Zwar ist schon seit längerem die Bedeutung der Energie als Brücke zwischen Physik und Lebenswelt erkannt worden. Leider beschränken sich die meisten Einführungen der Energie auf den Aspekt der Energieerhaltung. Die lebensweltlichen Erfahrungen im Umgang mit der Energie sind aber darüber hinaus vor allem durch den Energieverbrauch und den Antrieb von Vorgängen geprägt. Die Vernachlässigung, ja die bewußte Unterdrückung dieser Aspekte verhindert geradezu, dass Beziehungen zwischen physikalischen Konzepten und lebensweltlichen Erfahrungen gesehen werden.

PDF: Energieentwertung – ein qualitativer Zugang zur Irreversibilität

Von der Dissipation zur Dissipativen Struktur

Schlichting, H. Joachim. In: Praxis der Naturwissenschaften / Physik 49/2, 12-16 (2000).

Im Rahmen des Energieentwertungkonzepts wird das Warmhalten von Tee auf einem Stövchen folgendermaßen beschrieben: Der selbsttätige Vorgang der Abkühlung des Tees auf Umgebungstemperatur wird ständig durch den Vorgang des Abbrennens der Kerze zurückgespult, so dass das Teewasser auf eine Temperatur oberhalb der Umgebungstemperatur eingeregelt und das System in einem stationären Nichtgleichgewichtszustand gehalten wird. Solche Nichtgleichgewichtszustände umgeben uns in großer Zahl…

PDF: Von der Dissipation zur Dissipativen Struktur

Energieentwertung und Entropie

Schlichting, H. Joachim. In: Schriften des Deutschen Vereins zur Förderung des mathematischen und naturwissenschaftlichen Unterrichts e.V, Heft 61, S. 37 : Fragen der Physiklehrerausbildung, ISSN 0179-7670.

Geht man davon aus, daß es zu den allgemeinen Zielsetzungen des  Physikunterrichts gehört, ein angemessenes Verständnis der durch die  Naturwissenschaften geprägten Welt zu ermöglichen, so kann sich der  Unterricht nicht auf die Idealgestalten der Physik beschränken, sondern muß  sich einer aktiven Auseinandersetzung mit den lebensweltlichen Erfahrungen  der Schülerinnen und Schüler stellen.
Die Thermodynamik mit ihren allgemeinen Begriffen und Konzepten wie System, Zustand, Zustandsänderungen, Energie und Entropie kann dabei eine  wesentliche Rolle spielen. Zwar ist schon seit längerem die Bedeutung der Energie als Brücke zwischen Physik und Lebenswelt erkannt worden. Leider  beschränken sich die meisten Einführungen der Energie auf den Aspekt der Energieerhaltung. Die lebensweltlichen Erfahrungen im Umgang mit der Energie sind aber darüber hinaus vor allem durch den Energieverbrauch und den  Antrieb von Vorgängen geprägt. Die Vernachlässigung, ja die bewußte Unterdrückung dieser Aspekte verhindert geradezu, daß Beziehungen zwischen physikalischen Konzepten und lebensweltlichen Erfahrungen gesehen werden.

PDF: Energieentwertung und Entropie

Energie, Entropie, Synergie – Ein Zugang zur nichtlinearen Physik

Schlichting, H. Joachim. In: Der mathematische und naturwissenschaftliche Unterricht 46/3, 138-148 (1993).

Energie und Entropie erscheinen nicht nur für das Verständnis und eine sachgerechte Einschätzung der Energie- und Umweltproblematik von. Bedeutung. Darüber hinaus ermöglichen diese Konzepte einen relativ einfachen Zugang zu Problemen der nichtlinearen Physik. Es wird dargestellt, wie ausgehend von lebensweltlichen Erfahrungen mit Energie und Dissipation von Energie (Energieentwertung) unter Berücksichtigung nichtlinearer Verhaltensweisen das Konzept dissipativer Strukturen eingeführt und zu einem Verständnis der unter so entgegengesetzt erscheinenden Begriffen wie Synergetik und Chaos diskutierten nichtlinearen Physik führen kann.

PDF: Energie, Entropie, Synergie – Ein Zugang zur nichtlinearen Physik

Der exergetische Wirkungsgrad

Backhaus, Udo; Schlichting, H. Joachim. In: Der Physikunterricht 18/3, 58-61 (1984).

Der exergetische Wirkungsgrad wird eingeführt, um bei der Beurteilung von Energiewandlern den Wert der beteiligten Energiearten berücksichtigen zu können. Am Beispiel einer Raumheizung werden energetischer und  exergetischer Wirkungsrad miteinander verglichen.

PDF: Der exergetische Wirkungsgrad

Energie und Energieentwertung in Naturwissenschaft und Umwelt

Energie und Energieentwertung_rvSchlichting, H. Joachim. Heidelberg: Quelle & Meyer 1983

Vorbemerkung

Das anhaltende öffentliche Interesse, das der Energieproblematik seit Jahren entgegengebracht wird, hat u. a. zur Folge gehabt, daß die neueren Schulbücher der Energie verhältnismäßig viel Platz einräumen. Diese Aktualisierung des Schulstoffs vermag u. E. jedoch nur wenig zu einem tieferen Verständnis der Energie und der mit ihr zusammenhängenden Probleme der wissenschaftlich technischen Welt beizutragen, u. a. deshalb, weil

  • das Energiekonzept weitgehend unabhängig von seiner Bedeutung für das Alltagsleben eingeführt und
  • auf einen Aspekt, den Erhaltungsaspekt, beschränkt wird, obwohl der Verbrauchs- bzw. Entwertungsaspekt der Energie im Alltag viel ausgeprägter vorzufinden ist.

Sieht man von den wenigen Ausnahmen ab, so spricht der erste Punkt die gängige Praxis an, die Energie als mechanische Größe aus anderen Größen nach dem Schema Kraft à Arbeit à Energie abzuleiten und zu verstehen. Dieser Umweg über andere Größen verzichtet nicht nur auf die Möglichkeit, an das auf vielen vertrauten Vorgängen und Phänomenen beruhende Alltagsverständnis der Energie anzuknüpfen und es entsprechend zu präzisieren, sondern lenkt davon sogar ab. Die Folge ist eine dem Verständnis der Energie abträgliche Interferenz zweier Energiebegriffe. Darüberhinaus konstruiert eine solche physikalische Behandlung der Energie eine weitere Differenz zur Alltagserfahrung: Die Energie wird als Erhaltungsgröße ausgegeben. Die in diesem Zusammenhang auftretende Frage, wieso es dann überhaupt eine Energiekrise geben könne, spielt demgegenüber auf jene Erfahrungen an, die die Energie in den Brennpunkt der gesellschaftspolitischen Auseinandersetzung gerückt hat:

  • Demnach droht der Menschheit die Energie auszugehen.
  • Energiequellen werden in zunehmendem Maße erschöpft.
  • Nach neuen Energieträgern wird gesucht.
  • Allenthalben wird dazu aufgefordert, nicht zu viel Energie zu verbrauchen, sparsam mit ihr umzugehen, energiebewußt zu leben usw.

Außerdem spricht die Erfahrung, daß Heizöl- und Autotanks leer werden, für verbrauchtes Gas und elektrische Energie monatlich bezahlt werden muß, nicht gerade gegen die Möglichkeit des Energieverbrauchs.

Will man die Diskrepanz zwischen dem, was man als Realität wahrnimmt, und der naturwissenschaftlichen Beschreibung derselben nicht noch am Beispiel der Energie vergrößern, so muß es darum gehen, deutlich zu machen, daß Energieerhaltung und Energieverbrauch sich nicht widersprechen müssen, sondern gewissermaßen komplementäre Aspekte derselben Erfahrungen darstellen.

In diesem physikalischen Arbeitsbuch werden auf der Grundlage alltäglicher Erscheinungen die Energie und als notwendige Ergänzung dazu die Energieentwertung als physikalische Größen eingeführt und für das Verständnis der Fragen herangezogen, die unter dem Begriff Energieproblematik (Energieversorgung, Energieverschwendung, Energiesparen usw.) diskutiert werden.

Dabei steht einerseits die exemplarische Vertiefung der durch diese Konzeption aufgeworfenen Probleme im Vordergrund. Andererseits soll aber auch ein Überblick über die wichtigsten Aufgaben und Fragen gegeben werden. Durch zahlreiche Querverweise im Text wird versucht, die vielfältigen Verbindungen zwischen den einzelnen Betrachtungen aufzuzeigen. Hinweise auf möglichst einfach zugängliche Literaturstellen sollen darüber hinaus Möglichkeiten zu Erweiterungen und Vertiefungen geben.

Problemstellungen, die über den physikalischen Rahmen hinausgehen, können im einzelnen nicht verfolgt werden. Es wird aber darauf geachtet, daß in Fällen, in denen eine rein physikalische Behandlung wesentliche Gesichtspunkte unterschlägt, Vertiefungen in der einen oder der anderen Richtung angedeutet werden, bzw. auf Vertiefungsmöglichkeiten durch Angabe geeigneter Literaturstellen hingewiesen wird.

Die Unumkehrbarkeit natürlicher Vorgänge, Phänomenologie und Messung als Vorbereitung des Entropiebegriffs

Backhaus, Udo; Schlichting, H. Joachim. In: Der mathematische und naturwissenschaftliche Unterricht 34/3, 153 (1981).

Es wird eine Möglichkeit aufgezeigt, die breite lebensweltliche Basis des Entropieprinzips, die sich z. B. in der Unumkehrbarkeit (Irreversibilität) solcher Vorgänge wie Lösen von Zucker in Tee oder Ausströmen von Luft aus einem Reifen manifestiert, zum Ausgangspunkt der Entropieeinführung zu wählen. Dadurch wird es möglich, die Entropie qualitativ bereits in der Sekundarstufe I zu behandeln. Sie eröffnet dort zusammen mit dem Energiebegriff den Weg zum Verständnis vieler Probleme der »Energie« und Umweltkrise.

PDF: Die Unumkehrbarkeit natürlicher Vorgänge, Phänomenologie und Messung als Vorbereitung des Entropiebegriffs

Photoarchiv