Zugeordneter Energiestrom
Konzept
Das Konzept des zugeordneten Energiestromes, das den Energietransport in so unterschiedlichen Gebiete wie Mechanik oder Thermodynamik korrekt beschreibt, besagt, dass für eine grosse Klasse von Energietransporten die Energiestromstärke gleich der Stromstärke einer Primärgrösse M mal das zugehörige Potenzial ist
- [math]I_W=\varphi I_M[/math]
sieben Energieformen
| Primärgrösse | Potenzial | Energiestrom | alternative Formulierung |
|---|---|---|---|
| Masse | Gravitationspotenzial | φG Im | |
| Volumen | Druck | p IV | |
| elektrische Ladung | elektrisches Potenzial | φE IQ | |
| Impuls | Geschwindigkeit | vx Ipx + vy Ipy + vz Ipz | P(F) = v F |
| Drehimpuls | Winkelgeschwindigkeit | ωx ILx + ωy ILy + ωz ILz | P(M) = ω M |
| Entropie | absolute Temperatur | T IS | |
| Stoffmenge | chemisches Potenzial | μ In |
zugeordneter Energiestrom und Prozessleistung
Zwischen zugeordnetem Energiestrom und Prozessleistung sollte klar unterschieden werden:
- Der zugeordnete Energiestrom gibt an, wie viel Energie pro Zeit vom Strom einer Primärgrösse transportiert wird, wie stark der Mengenstrom mit Energie beladen ist. Die Prozessleistung beschreibt dagegen, wie viel Energie über einer Strecke pro Zeit umgesetzt wird.
- Die Stärke des zugeordneten Energiestromes ist proportional zum Potenzial und hängt somit von der Wahl des Potenzialnullpunktes ab. Die Prozessleistung wächst mit der Potenzialdifferenz und hängt deshalb nicht von der Wahl des Potenzialnullpunktes ab.
- Der zugeordnete Energiestrom ist eine reine Bilanzgrösse ohne direkte Auswirkung auf die Dynamik der Systeme. Die Prozessleistung beschreibt dagegen den Energieumsatz pro Zeit im Sinne von Arbeitsvermögen. Die von einem Prozess freigesetzte Energie muss von einem zweiten oder oft von mehreren Prozessen aufgenommen werden Prozesskopplung. Bei irreversiblen Vorgängen wird mit der freigesetzten Prozessleistung Entropie erzeugt.
- Der zugeordnete Energiestrom dient der Berechnung des Energiegehaltes von Speichern; die Prozessleistung sagt, wie viel Energie pro Zeit über einem Stromglied umgesetzt worden ist.
ähnliche Konzepte
Der Begriff des zugeordneten Energiestromes baut auf dem Karlsruher Physikkurs auf. Ein ähnlicher Ansatz wird von einer Gruppe von Ingenieuren seit den sechziger Jahren unter dem Namen Bondgraphen-Modellierung verfolgt. Multidomain oder multiphysics Modellierungssprachen wie Modelica oder VHDL-AMS arbeiten ebenfalls mit Energieflüssen, deren Stärke gleich dem Produkt aus der Stromstärke einer bilanzierfähigen Grösse und dem zugehörigen Potenzial ist.
Links
- Energietransport auf Youtube