Golfstrom

Der Golfstrom ist eine warme, rasch fliessende Meeresströmung im Atlantik, der bis zu 150 Millionen Kubikmeter Wasser transportiert. Das warme Wasser des Golfstromes sorgt für das milde Winterklima in Westeuropa. So sorgt der Golfstrom dafür, dass der nördlichst gelegenen Hafen Russlands in der Stadt Murmansk auch im Winter eisfrei bleibt. Gemäss der Online-Enzyklopädie Wikipedia transportiert der Golfstrom einen Energiestrom von 5 Petawatt (10¹⁵ W), was der Leistung von drei Millionen grossen Kernkfraftwerken entspricht.

Energiebegriff

Die Physik der dynamischen Systeme unterscheidet zwischen einer Prozessleistung und dem zugeordneten Energiestrom. Der zugeordnete Energiestrom ist eine rein buchhalterische Grösse, die hauptsächlich bei der Energiebilanz bezüglich eines Speichers zur Anwendung kommt. Die Prozessleistung ist dagegen die Grösse, die man ohne grosse Einschränkung mit der Alltagsvorstellung von Leistungs als Arbeit pro Zeit gleichsetzen kann.

Der Energiestrom kann bei konvektiven Transporten mit Hilfe des Massenstromes beschrieben werden

[math]I_W=\left(\frac{v^2}{2}+gz+h\right)I_m=\left(\frac{v^2}{2}+gz+cT\right)I_m[/math]

Der erste Term in der Klammer beschreibt die mitgeführte kinetische Energie, der zweite die potenzielle Energie und der dritte die Enthalpie. Bei der zweiten Umformung ist die spezifische Enthalpie h durch die spezifische Wärmekapazität c mal die Temperatur T ersetzt worden. Keiner der drei Terme für die verschiedenen spezifischen Energien kann als absolut angesehen werden. So hängt

• die spezifische kinetische Energie von der Bewegung des Beobachters
• die spezifische potentielle Energie von der Lage des Nullpunktes von z
• die spezifische Enthalpie von der Wahl des Nullpunktes der Temperatur T

ab (der Temperaturnullpunkt muss über dem Gefrierpunkt des Wassers liegen, sonst gilt die zweite Umformung nicht).

Man könnte nun die Leistung als Differenz eines zu- und eines abfliessenden Energiestromes definieren

[math]P=I_{W2}-I_{W2}=v(T_1-T_2)I_m[/math]

Die ersten beiden Terme für die spezifische Energie fallen weg, weil ihre Differenz entweder gleich Null (potentielle Energie) oder gegenüber dem dritten Term zu klein ist (kinetische Energie). Die hier definierte Leistung entspricht nun nicht der Prozessleistung der Physik der dynamischen Systeme, dürfte aber als Grundlage für die Angaben im Wikipedia gedient haben. Setzt man die in Wikipedia genannten Zahlen in die hier abgeleitete Formel für die Leistung ein, erhält man eine Temperaturdifferenz von 8°C, was einem realistischen Wert entspricht. Würde man das Wasser des Golfstromes in einem System gezielt um 8°C abkühlen, könnte man effektiv einen thermischen Energiestrom von 5 Petawatt abzweigen. Nur wird dieser Energiestrom von einem Entropiestrom getragen und steht keinesfalls als frei verfügbare Arbeitsleistung zur Verfügung.