Motoren und Energiequellen: Von fossilen Brennstoffen zu erneuerbaren Energien

Maschinen und Energiequellen

Energieumwandlung

Maschinen wandeln Energie in nützliche Arbeit um. Verschiedene Energiequellen treiben diese Maschinen an.

Fossile Brennstoffe

Fossile Brennstoffe wie Kohle, Erdöl und Erdgas setzen durch Verbrennung Wärmeenergie frei.

Kernbrennstoffe

Radioaktive Stoffe wie Uran und Plutonium ermöglichen Kernspaltungsreaktionen, die zur Stromerzeugung genutzt werden.

Erneuerbare Energien

Erneuerbare Energien sind die ursprünglichsten Energiequellen. Historisch wurden sie zuerst in Mühlen verwendet.

Wasserrad

Das Wasserrad nutzt die Energie des fließenden Wassers mithilfe eines Systems von Schaufeln. Es gibt verschiedene Anwendungsmöglichkeiten, z. B. das Mahlen von Weizen zu Mehl.

Wasserradtypen

• unterschlächtige Wasserräder: Die einfachste Art. Die Schaufeln tauchen in den Wasserstrom ein und werden von der Strömungskraft angetrieben.
• mittelschlächtige Wasserräder: Wenn die Strömung nicht stark genug ist, wird diese Art von Wasserrad eingesetzt. Die Schaufeln werden teilweise in den Wasserstrom eingetaucht.
• oberschlächtige Wasserräder: Werden von einem von oben auftreffenden Wasserstrom angetrieben.

Verbrennungsmotor

Der Verbrennungsmotor erzeugt durch eine chemische Reaktion in einem Zylinder eine Expansion, die eine große Menge an Energie freisetzt. Diese Reaktion, die durch die Mischung von fossilem Brennstoff mit Sauerstoff und einen Zündfunken ausgelöst wird, wird als Explosion bezeichnet.

Arten von Verbrennungsmotoren

• Zweitaktmotor: Der Kolben führt pro Motorzyklus eine Auf- und Abwärtsbewegung aus. (z. B. in Motorrädern mit geringer Leistung)
• Viertaktmotor: Der Kolben führt pro Motorzyklus zwei Auf- und Abwärtsbewegungen aus. (z. B. in Pkw und Lkw)
• Ottomotor: Verwendet Benzin als Kraftstoff.
• Dieselmotor: Verwendet Diesel als Kraftstoff.

Viertakt-Ottomotor

Die Funktionsweise dieses Motors basiert auf vier Phasen: Ansaugen, Verdichten, Arbeiten und Ausstoßen. Diese Phasen wiederholen sich zyklisch.

Dieselmotor

Basiert auf den gleichen vier Phasen wie der Ottomotor, benötigt jedoch keinen Zündfunken für die Verbrennung.

Hubraum

Der Hubraum ist das gesamte Nutzvolumen der Zylinder und steht in direktem Zusammenhang mit der Leistung. Je größer der Hubraum, desto höher die Leistung. Zur Berechnung des Hubraums wird das Nutzvolumen des Zylinders, also der Raum, in dem die Explosion stattfindet, herangezogen.

Zur Berechnung des Volumens eines Zylinders benötigt man die Länge des Hubs (L) und den Durchmesser des Zylinders (D).

Elektromotor

Ein Elektromotor besteht aus einem festen Stator und einem beweglichen Rotor. Der Stator empfängt den elektrischen Strom und erzeugt ein Magnetfeld. Der Rotor dreht sich im Magnetfeld und stoppt, wenn er ein Gleichgewicht erreicht.

Kraftübertragung

n = Drehzahl des Rades in U/min.

d = Durchmesser des Rades.

n1 * d1 = n2 * d2

n1/n2 = d2/d1 = Übersetzungsverhältnis = i1-2