THEMA:

Wie berechnest Du denn die Amplitude der Feder?

@Rainer Raisch

Wie berechnest Du denn die Amplitude der Feder?

Das lässt sich bei bekannter Federkonstante ebenfalls über 0,5kT = 0,5Dx² berechnen (x=mittlere Auslenkung). Zur Berechnung von Federkonstanten hat die Physik ebenfalls fertige Formeln hergeleitet. Man muss aber auch die Masse des schwingenden Systems beachten.

Den "Trick" mit der Beachtung der Bewegung des Schwerpunkts, hat jetzt wohl jeder verstanden. Ebenso verhält sich dieses System (nur ein Kolben eingezeichnet, die sich aber ringsum das Zahnrad befinden sollen). Ein schnell gegen den Uhrzeigersinn rotierendes Rad kann mitunter gegen den ausgefahrenen Kolben stoßen. Dieser wird dann in die Führung zurück geschoben, oder das ganze Teilsystem aus Kolben, Feder und Führung nach außen, gegen die schwache Feder verschoben.

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Wer es noch nicht verstanden hat, dass im skizzierten System der 2. HS unmöglich gültig sein kann, der möge sich hier bitte zur Diskussion melden.

Haben wir diese Phase abgeschlossen, möchte ich ein Ausführungsbeispiel nach der Idee von Prigogine (langreichweitige Kräfte) vorstellen und konkret durchrechnen.

Kann jetzt jeder erkennen, dass die Schlagkeule bei einer thermischen Pendelbewegung das Zahnrad nur an einer Spitze oder flachen Flanke treffen kann? Kann jetzt jeder erkennen, dass der Stoß der Schlagkeule auf das Zahnrad diesem ausschließlich einen Impuls im Uhrzeigersinn vermittelt?

ibb.co/tHTgZnd
i.ibb.co/hgJbXrq/moeglichkeit.png

Die mechanische Realisierung ist durchaus interessant .... aber für die Funktionalität spielt dies nur eine untergeordnete Rolle.
Sobald sich das Rad dreht, ist der Impuls der Gasmoleküle auf das Rad entgegengesetzt "Gegenwind".

Wenn man es im Vakuum betreibt, müsste man die "Spiralfeder" thermisch trennen, da sie sonst abkühlt und nicht mehr schwingt. Sie könnte nur ihre Anfangsschwingung auf das Rad übertragen.

Das Gesamtprinzip soll also so sein, dass die Feder durch das Wärmebad zum Schwingen angeregt wird, was (zB mechanisch) in eine Rotation verwandelt wird, und diese Drehung über die Achse als Arbeit entnommen werden kann. Eine Arbeit ist aber nur als solche realisierbar, wenn sie im Niveau über der Temperatur der Umgebung liegt, und dazu muss die Temperatur der Feder noch höher sein. Denn sonst sind die Fluktuationen der Umgebung größer als die vermeintliche Arbeit. Es funktioniert also nur bei thermischem Gefälle.

@RainerRaisch

Die mechanische Realisierung ist durchaus interessant .... aber für die Funktionalität spielt dies nur eine untergeordnete Rolle.

Das stimmt. Machen will ich etwas GAAANZ anderes. Es geht mir hier nur um das Gedankenexperiment, dass es ein jeder versteht. Die bisher von der physikalischen Chemie erbrachten Nachweise der Funktionalität einiger Systeme als PM2 sind einfach zu kompliziert, als dass sie von der breiten Masse der Physikochemiker nachvollzogen werden könnten. Ich bin jedoch hinreichend dumm, dass die von mir skizzierten PM2-Systeme intelligibel sein sollten.

Sobald sich das Rad dreht, ist der Impuls der Gasmoleküle auf das Rad entgegengesetzt "Gegenwind".

Das System soll eigentlich im Vakuum realisiert sein, aber egal. Deine Aussage ist fast richtig. Es stellt sich wie immer bei solchen Phänomenen ein Fließgleichgewicht ein. Das unbewegte oder langsam drehende Rad wird ständig durch die Schlagkeule zu schnellerer Bewegung angetrieben. Das drehende Rad wird ständig durch die Gasmolekeln gebremst, je schneller es dreht, umso stärker. Thermodynamisches Gleichgewicht gibt es, wenn das Rad mit einer Geschwindigkeit >0 dreht, so dass sich die antreibenden und bremsenden Impulse gegenseitig aufheben.

Wenn man es im Vakuum betreibt, müsste man die "Spiralfeder" thermisch trennen, da sie sonst abkühlt und nicht mehr schwingt. Sie könnte nur ihre Anfangsschwingung auf das Rad übertragen.

Das ist im Prinzip richtig. Die Spiralfeder muss eine Verbindung zur Umwelt haben, dass sie von dieser ständig aufgeheizt wird. Eigentlich muss das ganze System eine Wärme-leitende Verbindung zur Umwelt haben. Wenn man das Rad bremst, um dessen Bewegung in Primärenergie umzusetzen, so kühlt das gesamte System ab und muss über die Umwelt nachgeheizt werden.

Das Gesamtprinzip soll also so sein, dass die Feder durch das Wärmebad zum Schwingen angeregt wird, was (zB mechanisch) in eine Rotation verwandelt wird, und diese Drehung über die Achse als Arbeit entnommen werden kann.

Ja, das kann man so sagen.

Eine Arbeit ist aber nur als solche realisierbar, wenn sie im Niveau über der Temperatur der Umgebung liegt,

Das stimmt nicht. Es soll ja keine Arbeit realisiert, sondern entnommen werden. Die gerichtete Rotation des Zahnrads ist eine makroskopische Wärmebewegung, so wie die Supraleitung ein makroskopisches Quantenphänomen darstellt. Das obige System ist erst im thermischen Gleichgewicht, wenn das Zahnrad langsam im Uhrzeigersinn rotiert.
ERST wenn man diese Rotation bremst, kühlt es ab und muss von der Umgebung nachgeheizt werden.

und dazu muss die Temperatur der Feder noch höher sein.

Nein, die Feder treibt das Zahnrad über die Schlagkeule solange an, bis thermodynamisches Gleichgewicht herrscht.

Denn sonst sind die Fluktuationen der Umgebung größer als die vermeintliche Arbeit.

Das Zahnrad kann auch zu schnell rotieren, oder gegen den Uhrzeigersinn. DANN beschleunigt es die Schlagkeule und darüber auch die Feder. Die beiden Funktionsteile werden also sozusagen wärmer, während das Zahnrad kälter wird. Diese energetische Fluktuation wird aber schnell wieder ausgeglichen.

Es funktioniert also nur bei thermischem Gefälle.

Ja und nein Das thermische Gefälle System./.Umgebung wird durch die Funktion "Entnahme von Wärmeenergie" selbst hergestellt. Rotiert das Zahnrad zu langsam (weil es gebremst wird, z.B. zum Heben eines Gewichts), so ist es aus Sicht von Feder und Schlagkeule zu kalt; es ist ein thermisches Gefälle entstanden.

Ich werde bald ein leicht zu realisierendes PM2 vorstellen, das vollkommen durchgerechnet werden kann. Das vorgestellte System wäre bzgl. seiner Leistungsdichte einer Windkraftanlage um ca. den Faktor 100 überlegen.

@Jamali

Du hast Recht, danke für den Hinweis. Ich habe mal wieder vergessen die Kehlung oder Aussparung einzuzeichnen. Jetzt sieht die Skizze so aus:

ibb.co/Y3Q2MPy
i.ibb.co/KXh6kbL/moeglichkeit.png

@Jamali

Natürlich kann ein schnell rotierendes Rad vor die Schlagkeule stoßen, wenn diese gerade im letzten Teil ihres Schwenkbereichs ist, aber eine schnelle Schlagkeule kann nicht vor das Rad stoßen, oder ihm zumindest keinen Impuls gegen den Uhrzeigersinn vermitteln, denn die steile Flanke wird ja nur tangential (bezogen auf die steile Flanke) und extrem selten getroffen. Durch eine weitere Kehle/Aussparung in den Zähnen kann die Wahrscheinlichkeit eines Stoßes gegen den Uhrzeigersinn exakt auf null gestellt werden. Das sieht man unmittelbar, wenn man den Schwenkbereich der Schlagkeule auf Treffer auf die Spitze beschränkt.

ibb.co/StFpvjd
i.ibb.co/GWzjP6t/moeglichkeit-B.png




P.S. Hast du dir die Skizze in
umwelt-wissenschaft.de/forum/neues-aus-d...folg?start=90#126209
schon angesehen? Ich schätze durchaus deine Kritik im Sinne von Verbesserungsvorschlägen, um jedem Einwand schon im Vorfeld zu begegnen.

Freddy schrieb:

Das drehende Rad wird ständig durch die Gasmolekeln gebremst, je schneller es dreht, umso stärker. Thermodynamisches Gleichgewicht gibt es, wenn das Rad mit einer Geschwindigkeit >0 dreht,

Dieses Gleichgewicht herrscht bei v=0, denn die Keule bewirkt keine nennenswerte Beschleunigung.
Aber wie gesagt, kann man das Rad thermisch bzw besser gesagt hermetisch von der Feder trennen.

Freddy schrieb:

so kühlt das gesamte System ab und muss über die Umwelt nachgeheizt werden.

Es hat dieselbe Temperatur wie das Wärmebad (Umgebung), und deshalb funktioniert es auch nicht.

Freddy schrieb:

Das stimmt nicht. Es soll ja keine Arbeit realisiert, sondern entnommen werden.

Was stimmt daran nicht? Was ist der Unterschied Deiner Umschreibung zu meiner?

Freddy schrieb:

Die gerichtete Rotation des Zahnrads ist eine makroskopische Wärmebewegung,

Genau, und sie ist kleiner als die thermische Bewegung gleicher Temperatur (Umgebung), daher kann es nicht funktionieren.
vT = ²(2kB·T/m)
Die Keule kann niemals schneller als mit vT schlagen, das Rad kann sich nie schneller als mit vT drehen. Die Umgebung hat die Wärmebewegung vT. Statt des Rades könntest Du dort gleich die Wärmebewegung vT nutzen wollen.

Genau genommen muss sich übrigens auch der Kasten in Gegenrichtung drehen.

@RainerRaisch

Dieses Gleichgewicht herrscht bei v=0, denn die Keule bewirkt keine nennenswerte Beschleunigung.

Die Impulssumme (Impuls ist ein Vektor) der Schlagkeule auf das Zahnrad muss auch nicht groß sein; es reicht größer null. Es stellt sich wie immer bei solchen Phänomenen ein Fließgleichgewicht mit v>0 ein. Das Rad dreht dabei langsam in eine Richtung. Der Gleichverteilungssatz sagt uns, dass die Rotationsenergie des Rades im statistischen Mittel 0,5kT beträgt. Die mechanistisch-mikroskopische Analyse des Systems sagt uns, dass das Rad nur in eine Richtung dreht, denn die Schlagkeule kann dem Rad keinen Impuls gegen den Uhrzeigersinn vermitteln.

Aber wie gesagt, kann man das Rad thermisch bzw besser gesagt hermetisch von der Feder trennen.

Ja, Rad und Schlagkeule/Feder sind nicht über Schwingungen gekoppelt.

Es hat dieselbe Temperatur wie das Wärmebad (Umgebung), und deshalb funktioniert es auch nicht.

Solange man dem System keine Arbeit entnimmt, hat es dieselbe Temperatur wie die Umgebung. Das Rad dreht dabei langsam in eine Richtung. Wird das Rad gebremst und muss Arbeit leisten, z.B. durch Heben eines Gewichts, dreht es aus Sicht der Schlagkeule zu langsam. Das ganze System kühlt sich ab. Hat das gehobene Gewicht die angestrebte Höhe erreicht, so entspricht die Lageenergie des Gewichts der Wärmekapazität des Systems mal der Temperaturverringerung des Systems. Das System muss und kann danach durch die Umgebung (Wärmekapazität gegen unendlich) auf die ursprüngliche Temperatur erwärmt werden.

Was stimmt daran nicht? Was ist der Unterschied Deiner Umschreibung zu meiner?

Ich denke, das ist jetzt oben klar geworden.

Genau, und sie ist kleiner als die thermische Bewegung gleicher Temperatur (Umgebung), daher kann es nicht funktionieren.
vT = ²(2kB·T/m)

Was soll das sein, eine Geschwindigkeit mit einer Temperatur multipliziert? Willst du vielleicht über Molekülzustandssummen argumentieren?

Die Keule kann niemals schneller als mit vT schlagen, das Rad kann sich nie schneller als mit vT drehen. Die Umgebung hat die Wärmebewegung vT. Statt des Rades könntest Du dort gleich die Wärmebewegung vT nutzen wollen.

Ich glaube, ich verstehe was du meinst. Das Rad ist schwer und dreht sich deshalb langsam. Die Keule ist leicht und schwingt deshalb schnell. ABER das Rad dreht sich nur in eine Richtung, und deshalb kann dessen Wärmebewegung direkt in Nutz- oder Primärenergie umgewandelt werden. Bei der Keule ginge das nicht, bzw. geht nur indirekt über deren WW mit dem Rad.

Genau genommen muss sich übrigens auch der Kasten in Gegenrichtung drehen.

Das ist richtig. Aber man kann in sehr guter Näherung hier die Masse der Erde als unendlich annehmen.

Freddy schrieb:

Genau, und sie ist kleiner als die thermische Bewegung gleicher Temperatur (Umgebung), daher kann es nicht funktionieren.
vT = ²(2kB·T/m)

Was soll das sein, eine Geschwindigkeit mit einer Temperatur multipliziert?

vT ist ein Symbol, nimm das T als Suffix.

Freddy schrieb:

das Rad dreht sich nur in eine Richtung, und deshalb kann dessen Wärmebewegung direkt in Nutz- oder Primärenergie umgewandelt werden.

Das wird nicht klappen in einer Ungebung, die selbst im höheren Temperatur Niveau ist.

Freddy schrieb:

Der Gleichverteilungssatz sagt uns, dass die Rotationsenergie des Rades im statistischen Mittel 0,5kT beträgt.

Eben, und in einer Umgebung der Temperatur T ist die Energie kT/2 nicht nützlich, da ergibt eine Kollision von zwei Teilchen schon mehr Energie.

Freddy schrieb:

Wird das Rad gebremst und muss Arbeit leisten, z.B. durch Heben eines Gewichts,

Vorher wolltest Du keine Gravitation, nun taucht sie aus dem Zauberhut auf.....
Wozu ein "Gewicht" heben, wenn die Teilchen sowieso herumfliegen? Du kannst kein "Gewicht" heben, weil dafür die Kraft zu schwach ist. Du kannst nur Teilchen heben, die sich sowieso frei bewegen würden.

Freddy schrieb:

Die bisher von der physikalischen Chemie erbrachten Nachweise der Funktionalität einiger Systeme als PM2 sind einfach zu kompliziert, als dass sie von der breiten Masse der Physikochemiker nachvollzogen werden könnten.

Jeder Trickbetrug ist ausreichend kompliziert um zu funktionieren.

Hallo Freddy!


Ob mit deinem Aufbau weiß ich nicht genau oder: wie folgt, ich korrigiere mich dahingehend, dass man - theoretisch - saubere, freie und endlos, Energie aus dem Weltall beziehen könnte;

Du bist anscheinend sowas wie ein "Erfinder", ja, es ist möglich, freie endlose und saubere Energie aus sich bewegenden Objekten im Weltraum zu gewinnen: die Verwendung eines Rades im Weltraum, um durch die kinetische Energie seiner Rotation Energie zu erzeugen. (Das Konzept basiert auf der Idee, dass ein Rad im Weltraum, das sich mit hoher Geschwindigkeit dreht, durch die Bewegung seiner Teile Strom erzeugen kann.) ABER die Schaffung eines Weltraumrads, das in der Lage ist, erhebliche Energiemengen zu erzeugen, stellte eine erhebliche technologische Herausforderung und keine praktische Energiequelle dar, haha. Darüber hinaus wären die Kosten für den Start und die Wartung einer solchen Struktur im Weltraum wahrscheinlich auch unerschwinglich hoch...


Liebe Grüße, Mondlicht

Mondlicht schrieb:

Du bist anscheinend sowas wie ein "Erfinder", ja, es ist möglich, freie endlose und saubere Energie aus sich bewegenden Objekten im Weltraum zu gewinnen: