Zusammenfassung
Bei der Erzeugung von elektrischem Strom mittels Wärmekraftmaschinen, wie sie von Edison in seinen ersten Zentralstationen durchgeführt wurde, tritt Energie in verschiedenen Formen auf. Zunächst wird chemisch gebundene Energie in Form eines Brennstoff-/Luft-Gemisches der Feuerung zugeführt. In der Feuerung findet eine chemische Reaktion statt: Der Brennstoff und der Sauerstoff der Luft reagieren und es entstehen heiße Rauchgase. Mit der Wärme der Rauchgase wird im Kessel Wasserdampf erzeugt. Die Energie des Dampfes wird sodann in der Maschine in mechanische Energie umgesetzt und schließlich im Generator in elektrische Energie umgewandelt.
Bei der Einrichtung seiner Zentralstationen konnte Edison für die Umwandlung von Wärme in mechanische Energie in Form einer drehenden Welle auf die Erfindung von James Watt zugreifen. Watt hatte die von seinem Landsmann Thomas Newcomen entwickelte Dampfmaschine wesentlich verbessert. Bei Newcomens Maschine wurde zunächst ein in einem Zylinder beweglicher Kolben durch Einbringen von Dampf angehoben. Danach wurde der Dampf innerhalb des Zylinders durch Einspritzen von kaltem Wasser kondensiert. Durch die Kondensation entstand im Zylinder ein Unterdruck, so dass der Kolben durch den äußeren Luftdruck wieder in seine Ausgangsposition zurückgeschoben wurde. Danach wurde die Maschine wiederum mit heißem Dampf beschickt. Allerdings ging dabei die für die neuerliche Aufheizung von Zylinder und Kolben erforderliche Wärme für die eigentliche Arbeitsleistung der Maschine verloren.
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Notes
- 1.
James Watt (1736–1819), schottischer Ingenieur und Erfinder.
- 2.
Thomas Newcomen (1663–1729) erfand 1712 die nach ihm benannte Dampfmaschine. Es war die erste Maschine, die zu einem kommerziellen Einsatz kam.
- 3.
Brooks Adams (1848–1927), gesellschaftskritischer Historiker. Er war Urenkel von John Adams und Enkel von John Quincy Adams, die beide Präsident der Vereinigten Staaten waren.
- 4.
Nicolas Léonard Sadi Carnot (1796–1832), französischer Physiker.
- 5.
Lord Kelvin of Largs, vorher Sir William Thomson (1824–1907), schottischer Physiker.
- 6.
Antonie-Laurent Lavoisier (1743–1794), französischer Chemiker.
- 7.
Julius Mayer (1814–1878) präsentierte eine Abschätzung des mechanischen Wärmeäquivalents und formulierte noch vor Joule und Helmholtz den Satz von der Erhaltung der Energie. In Anerkennung seiner Leistung wurde ihm vom württembergischen König der Adelstitel „von“ verliehen, vgl. 12; , 14; .
- 8.
James Prescott Joule (1818–1889), englischer Physiker, er bestimmte das Wärmeäquivalent experimentell fundiert, so dass die wissenschaftliche Welt es anerkennen musste. Er hat 1840 die Formel für die Wärmeentwicklung durch elektrischen Strom gefunden, heute „Joulesche Wärme“ genannt. Joule zu Ehren wird die Einheit der Energie „Joule (J)“ genannt.
- 9.
Friedrich Wilhelm Joseph Schelling (1775–1854), als Philosoph Hauptvertreter des Deutschen Idealismus.
- 10.
Rudolf Julius Emanuel Clausius (1822–1888), als Rudolf J. E. Gottlieb geboren, nahm er im Trend seiner Zeit den klassischen Namen Clausius an. Er war einer der ersten theoretischen Physiker. Er stellte mathematische Theorien auf, die die Beobachtungen und Experimente anderer Wissenschaftler erklären konnten.
- 11.
Die reversible Zufuhr von Wärme zu einem System ist als Grenzfall denkbar, aber in der Wirklichkeit nur in großer Annäherung realisierbar.
- 12.
Der 3. Hauptsatz wurde von dem Physikochemiker Walter Ernst (1864–1941) entdeckt.
- 13.
John Wilkinson (1728–1808) gilt als Erfinder der Zylinderbohrmaschine.
- 14.
ata ist eine veraltete, nicht SI-konforme Druckeinheit und steht für Technische Atmosphäre; 1 ata war definiert als Druck einer 10 m hohen Wassersäule.
- 15.
Alfred Belpaire (1820–1903), belgischer Eisenbahningenieur.
- 16.
Richard Mollier (1863–1935), Professor für Maschinenbau an der TH Dresden, war Pionier der modernen Wasserdampf-Forschung.
- 17.
Für Anwendungen in der Dampftechnik ist die innere Energie nur eine Funktion der Temperatur. Es gilt \(u=c_{v}T\), c v ist die spezifische Wärme.
- 18.
Karl Wilhelm (Sir William) Siemens (1823–1883) gehörte zu einer deutsche Erfinderdynastie, deren Anfang auf seinen älteren Bruder Werner Siemens zurückgeht. Er ging 1842 nach England, um ein neuartiges Verfahren zur Elektrobeschichtung von Metallen einzuführen, das er zusammen mit seinem Bruder Werner entwickelt hatte. Dabei stellte er fest, dass das englische Patentrecht schützender war als das deutsche. Er blieb deshalb in England, erhielt 1859 die englische Staatsbürgerschaft und wurde 1862 in die Royal Society gewählt.
- 19.
Oscar Knoblauch (1862–1946) war ab 1910 Professor für technische Physik an der damals Königlich Technischen Hochschule München.
- 20.
iapws.com
- 21.
Rankine, William John Macquorn (1820–1872) war ein schottischer Ingenieur. Er hat zur Beschreibung des Dampfkraftprozesses eine Kreisprozess vorgeschlagen. Mit einem solchen Prozess hatte Clausius den Begriff Entropie eingeführt, vgl. 5; , 8; .
- 22.
Zeuner, Gustav Anton (1828–1907) war ein deutscher Ingenieur und Hochschullehrer. Mit seinem Lehrbuch „Grundzüge der Wärmetheorie“ aus dem Jahr 1858 begründete er die Technische Thermodynamik in Deutschland.
Literatur
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Kuhn, T. S.: Die Entstehung des Neuen, S. 146 f. Suhrkamp (1978)
Lord Kelvin of Largs (William Thomson): On an absolute thermometric scale. Philosophical Magazine, London, October 1848
Mayer, R.: Bemerkungen über die Kräfte in der unbelebten Natur. Annalen der Chemie und Pharmacie, Leipzig (1842)
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Strauß, K. (2016). Technisch-wissenschaftliche Grundlagen. In: Wärmekraftwerke. Springer Vieweg, Berlin, Heidelberg. https://doi.org/10.1007/978-3-662-50537-3_2
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