Quelltext der Seite Energiewandler

[[Datei:Kraftwerkstypen.svg|upright=1.5|miniatur|Ordnung stufenweiser Energiewandlungen zur [[Stromerzeugung]]]]
[[Datei:Energietraeger detalliert.png|miniatur|Anteile der Primärenergieträger an der Stromerzeugung in Deutschland]]

Ein '''Energiewandler''' tauscht [[Energie]] zwischen einem System und der Umgebung in mindestens zwei [[Energie#Energieformen und Energieumwandlung|Energieformen]] aus. Zum Beispiel wandelt ein Benzinmotor chemische Energie in [[kinetische Energie]]. Großtechnische Energiewandlungsanlagen wie [[Kraftwerk]]e bestehen aus mehreren Energiewandlern, die stufenweise Primärenergieformen in technisch nutzbare Energieformen wie elektrische Energie oder thermische Energie (Prozess- und Fernwärme) umwandeln. 

'''Energiewandlung''' nennt man entsprechend eine Kategorie von Prozessen, bei denen Energie zwischen einem System und der Umgebung in mindestens zwei  Energieformen ausgetauscht wird. Besonders für eine Energiewandlung in elektrische Energie ist auch der umgangssprachliche Begriff '''Energieerzeugung''' üblich und bezieht sich auf die nach dem Prozess zur Verfügung gestellte Energieform ([[elektrische Energie]]), siehe [[Stromerzeugung]].

== Grundlagen ==
Energiewandlungen unterliegen physikalischen Gesetzmäßigkeiten. So ist die Energie in abgeschlossenen Systemen eine Erhaltungsgröße, kann also weder erzeugt noch vernichtet werden. Entscheidend beim technischen Einsatz ist der Wirkungsgrad der Wandlung, da bei realen Systemen nicht 100 % einer Energieform in eine andere überführt werden kann. Es treten dort immer Verluste in andere Kanäle auf, meist in Form von nicht genutzter Wärme, also thermischer Energie.

Beide Energieformen tragen nur in einem idealen Denkmodell keine Entropie, so dass Wandlungsverluste, meist Wärme, ein [[Perpetuum Mobile]] absolut sicher verhindern. Die mit dieser Wärme verbundene und im Prozess erzeugte Entropie stellt das vom [[Thermodynamik#Zweiter Hauptsatz|Zweiten Hauptsatz der Thermodynamik]] in realen Prozessen geforderte Anwachsen der Gesamtentropie sicher.

== Beispiele ==
Fast alle technischen und biologischen Prozesse sind mit der Umwandlung von Energie verbunden. Daher gibt es Beispiele von Energiewandlern  für fast alle Paare von Energieformen.

=== Elektromotor ===
Ein [[Elektromotor]] wandelt [[elektrische Energie]] in [[kinetische Energie]].

=== Dampfturbine ===
Eine [[Dampfturbine]] treibt einen elektrischen Generator an, es wird thermische Energie in elektrische Energie gewandelt. Die der Turbine bei der Temperatur ''T<sub>1</sub>'' zugeführte Wärme ''ΔQ<sub>1</sub>'' trägt die Entropie ''ΔS<sub>1</sub> = ΔQ<sub>1</sub>/T<sub>1</sub>'' mit sich. Die erzeugte elektrische Energie ''ΔW'' trägt keine Entropie. Würde die gesamte Wärme in elektrische Energie gewandelt, so würde dabei die Entropie ''ΔS<sub>1</sub>'' verschwinden, was aber dem Zweiten Hauptsatz widerspräche. Die Turbine ''muss'' also eine Abwärme ''ΔQ<sub>2</sub>'' mit der Temperatur ''T<sub>2</sub>'' abgeben, welche mindestens die Entropie ''ΔS<sub>1</sub>'' trägt. Es gilt daher für die Energie: ''ΔQ<sub>1</sub> = ΔW + ΔQ<sub>2</sub>'' und für die Entropie: ''ΔS<sub>2</sub> ≥ ΔS<sub>1</sub> ⇔ ΔQ<sub>2</sub>/T<sub>2</sub> ≥ ΔQ<sub>1</sub>/T<sub>1</sub>''. Aus der zweiten Gleichung folgt ''ΔQ<sub>2</sub> ≥ ΔQ<sub>1</sub> · T<sub>2</sub>/T<sub>1</sub>''. Diese Abwärmeverluste ''ΔQ<sub>2</sub>'' sind wegen des Zweiten Hauptsatzes zwingend notwendig und können bei vorgegebenen Temperaturen ''T<sub>1</sub>'' und ''T<sub>2</sub>'' durch keine technischen Maßnahmen unterschritten werden. Diese Grenze des Wirkungsgrades für eine Wärmekraftmaschine ist in theoretischen Kreisprozessen wie dem [[Carnot-Kreisprozess|Carnot-Prozess]] realisiert. Dazu kommen noch technisch bedingte Wandlungsverluste.

=== Solarenergie ===
Der Wirkungsgrad von Wandlungen steigt mit den Temperaturunterschieden (oder deren Äquivalent), die im Wandlungssystem genutzt werden können. Beispielsweise findet zunehmend der [[Photoelektrischer Effekt|photoelektrische Effekt]] in der [[Photovoltaik]] Verwendung. Die durch die direkte photoelektrische Wandlung erzielten [[Wirkungsgrad]]e liegen aber heute noch unterhalb der konventionellen, doppelten thermisch-mechanisch-elektrischen Wandlung. Viel höhere Temperaturunterschiede treten dagegen bei [[Sonnenwärmekraftwerk]]en auf, in denen beispielsweise die durch Spiegel konzentrierte [[Strahlungsenergie]] erst durch [[Absorption (Physik)|Absorption]] in thermische, dann konventionell in mechanische und schließlich elektrische Energie umgewandelt werden.

{| class="wikitable"
|+ Beispiele für Umwandlungen von Energieformen
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<div style="position:absolute; bottom:-0.3em; left:0px;">↓ von</div></div>
! Mechanische Energie
! Thermische Energie
! Strahlungsenergie
! Elektrische Energie
! Chemische Energie
! Nukleare Energie
|-
! bgcolor="#f0f0f0" | Mechanische Energie
| [[Getriebe]]
| [[Bremse]]n
| [[Synchrotronstrahlung]] 
| [[Generator]]
| 
| Reaktionen im [[Teilchenbeschleuniger]]
|-
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| [[Dampfturbine]]
| [[Wärmeübertrager]]
| [[Schwarzer Strahler]]
| [[Thermoelement]]
| [[Hochofen]]
| [[Supernova]]
|-
! bgcolor="#f0f0f0" | Strahlungsenergie
| [[Radiometer]]
| [[Solarkollektor]]
| [[Nichtlineare Optik]]
| [[Solarzelle]]
| [[Photosynthese]]
| [[Kernphotoeffekt]]
|-
! bgcolor="#f0f0f0" | Elektrische Energie
| [[Elektromotor]]
| [[Elektroherd]]
| [[Blitz]]
| [[Transformator]]
| [[Akkumulator]]
| 
|-
! bgcolor="#f0f0f0" | Chemische Energie
| [[Muskel]]
| [[Ölheizung]]
| [[Glühwürmchen]]
| [[Brennstoffzelle]]
| [[Kohlevergasung]]
|
|-
! bgcolor="#f0f0f0" | Nukleare Energie
| [[Kernwaffenexplosion|Atombombe]]
| [[Kernreaktor]]
| [[Gammastrahlung|Gammastrahlen]]
| [[Radionuklidbatterie]]
| [[Radiolyse]]
| [[Brutreaktor]]
|}

== Siehe auch ==
{{Portal|Energie}}
* [[Wandler]]

{{Normdaten|TYP=s|GND=4152239-4}}

[[Kategorie:Energietechnik]]
[[Kategorie:Thermodynamik]]