Huhn des Monats - zu unrecht

[BjoernML]

Luftkomprimierung

Das Modell funktioniert nur, wenn Du den Raum als abgeschlossen annimmst und keine Verluste zulässt.

Im normalen Leben hast Du bei der Kompression oben Verluste und auch beim Runtergleiten auf der Turbine.

Ein Perpetuo Mobile basiert aber auf Echter Thermodynamik und die kann man (noch?!) nicht überlisten, dass heißt Du brauchst oben mehr Energie, als Du unten rauskriegst. Wenn Du oben Steine einsackst hast Du die als Antriebsenergie! ist so, wie wenn Du im Ballon fliegst. Sandsack raus: es geht hoch. Oben wieder Sand rein: der sand ist da irgendwie hochgekommen, und wenn er da lag, erhöhst Du die Entropie der Erde, d.h. Du verbrennst Energie und erzeugst nicht nutzbare Anergie...

Soviel nach 4 Jahren noch aus Thermodynamik rauszuholen, bin richtig stolz auf mich...

Gruß, Björn

[Bernd]

@pipo

Wahrscheinlich wird es immer Menschen geben, die nicht aufhören wollen, vom Perpetuum Mobile zu träumen.

Abgesehen davon, dass das Prinzip aus den schon mehrfach dargelegten Gründen nicht funktionieren kann, kann man sich das auch anhand praktischerer Überlegungen klarmachen:

Ich bin mir sicher, dass in diesem Fall noch niemand ernsthaft versucht hat, eine realistische Energiebilanz aufzustellen, sonst wären diese Träume schnell ausgeträumt. Woher soll die Energie kommen, mit der die Kompressoren betrieben werden? Aus Windrädern, die von der Umgebungsluft beim Aufstieg angetrieben werden? Lächerlich. Um soviel Luft zu komprimieren, dass die Tarierung dieses "Flugzeugs" merklich verändert wird, bräuchte man richtig leistungsfähige Kompressoren und stabile und schwere Tanks. Die komprimierte Luft muss gekühlt werden, damit der Druck in den Tanks nicht zu stark ansteigt bzw. damit bei gegebenem Maximaldruck ordentlich was reinpasst. Das ist verlorene Energie, wo soll die jemals wieder reingeholt werden? Das Gewicht der erforderlichen Gerätschaften steht im krassen Widerspruch zu dem Prinzip "leichter als Luft", das ja auch erfüllt sein soll.
Das Abgleiten nach dem Höhe machen kann man sich auch abschminken, denn nicht umsonst sieht ein Luftschiff aus wie ein Luftschiff und nicht wie ein Flugzeug. Irgendwo muss die Luftverdrängung ja herkommen, ohne die kein Zeppi schwebt. Den Gleitwinkel eines Zeppelins kann man sich ausmalen...

Also, Pipo, no chance!

Gruß,
Bernd

[Peter Bruggmüller]

@ alle Tüftler

Vor ein paar Wochen habe ich dieses Konzept ganz grob durchgerechnet. Wäre schön, wenn jemand meine Ergebnisse unabhängig davon nachrechnet. Mein Vorgehen war:

1. Notwendiges Volumen V1 berechnen, um eine vorgegebene Masse m mit einem bestimmten Traggas zu heben.
2. Luftdruck und -dichte Druck mit barometrischer Höhenformel berechnen.
3. Zielhöhe vorgeben.
4. V2 des inzwischen expandierten Gases in Zielhöhe berechnen.
5. verlustlose Kompressionsarbeit berechnen, die nötig ist, das Gas von V2 auf V1 (oder ein noch deutlich kleineres V) zu komprimieren. Zur Abschätzung reicht die einfache Formel für isotherme Kompression, obwohl eigentlich zu günstig.
6. Gewonnene potenzielle Energie mit Kompressionsarbeit vergleichen...
Zum Nachdenken außerdem: Energiegewinn durch Windrad beim Abgleiten killt die Gleitzahl wegen des Impulswiderstands am Windrad. Viel Vergnügen!
Ihr werdet Euch über die Ergebnisse wahrscheinlich wundern.

Peter

[lufthans]

Ich gebe Pipo recht, die Schlechtflieger haben da wohl ein Eigentor geschoßen.

Theoretisch kann das funktionieren, nur in der Praxis leider nicht. Aber träumen darf doch wohl nicht verboren sein !

Wie wäre es, wenn Die Schlechtflieger diesem Andi Siebenhofer mal ein Huhn verleihen ? Der hätte das wohl eher verdient.

[pipo]

hi Peter,

ich habe mir jetzt auch die Arbeit gemacht, das ganze durchzurechnen.
Hier die stark abgekürzte Rechnung (ich wollte nicht alles noch einmal tippen)

Meine Vorgaben waren:
a.) Gipfelhöhe: 5000m
b.) Angenommenes Eigengewicht: 5000kg (der Zeppelin NT hat ein Eigengewicht von gut 6000kg)
Ich meine hier das Trockengewicht, beziehe den Auftrieb also nicht mit ein!
c.) Traggas Wasserstoff (Dichte 0,0899kg/m³ bei Normaldruck)

1. Berechnung von Druck und Dichte in 5000m
...mit der barometrischen Höhenformel ergibt sich für 5000m ein Luftdruck von 542mb und eine Dichte von 0,69kg/m³ (mit p0=1013,25 und ro0=1,29kg/m³)

2. Notwendiges Volumen V2, um die Masse auf 5000m zu heben (Gleichgewichtszustand)
...für V2 gilt: V2=Eigengewicht/(ro_luft - ro_Wasserstoff)
daraus ergibt sich ein notwendiges Volumen von 8332m³

3. Notwendige Massenzunahme um wieder auf Meereshöhe zu sinken
...der Auftrieb in 5000m beträgt also genau 5000kg (=Eigengewicht)
In Meereshöhe beträgt der Auftrieb 7693kg. Es gilt also die Differenz von 2693kg in Form von komprimierter Luft zuzuführen.

4. erforderliche Kompressionsarbeit für eine polytrope reibungsfreie Zustandsänderung:
...dazu habe ich folgende Annahme getroffen:
Die erforderliche Luft wird bei Erreichen der Gipfelhöhe in einen zusätzlichen Tank eingeblasen, welcher während dem Aufstieg geöffnet bleiben, wodurch der Innendruck stets gleich dem Ausendruck sind. Das Volumen sei 5000m³ groß.
Die erforderliche Dichte im Zusatztank um das Ding wieder auf den Boden zu bringen beträgt 1,2286 kg/m³.
Bei einer Temperatur von -10Grad Celsius in 5000m entspricht dies einem Druck von zufällig genau einem bar.

Für die polytrope Verdichtung habe ich eine Arbeit von 135.462kJ errechnet.
Der Energiegewinn an potentieller Energie beträgt mit 13.465kJ nicht einmal ein Zehntel (!) davon.

nach dieser Berechnung kann das Teil also niemals autark fliegen.

Peter, worauf bist du gekommen??

pipo

EDIT:
bezüglich des notwendigen Drucks im Zusatzbehälter habe ich mich verrechnet/vertippt.
Es ist nich ein bar sondern 0.927bar notwendig.
Die notwendige Kompressionsarbeit verringert ist also tatsächlich etwas kleiner, als ich errechnet habe.
Aber noch immer deutlich größer, als die gesamte gewonnene potentielle Energie.
...und das Flugzeug würde ja durch den Wirkungsgrad der Turbinen, durch den Eigenwiderstand, durch den Verlust beim Energiespeichern, .... nie die gesamte Potentielle Energie umsetzen können.

[MH]

Eigentlich ganz einfach

Man sollte das ganze schlicht so einfach wie möglich betrachten:

- Man hat einen Auftriebskörper (Ballon z.B.) der in Luft auf eine gewisse Höhe steigt.

- Nun braucht man nur noch eine Möglichkeit, diesen permanent auf- und absteigen zu lassen, im einfachsten Fall setzt man dabei die relativen Auf- und Abwinde durch schräggestellte Leitflächen in mässige Vorwärtsfahrt um.

- Das Absteigen erzielt man durch den Verbrauch potentieller Energie irgendwelchen Ballastes (Steine, etc.), den man am obersten Punkt ein- und am untersten Ausladen muß. Die hierbei eingesetzten Energien zum Be- und Entladen sind sekundärer Natur und haben mit dem eigentlichen Prinzip nichts zu tun.
Die potentielle Energie des Ballastes wird hierbei in potentielle Energie des Gases gegenüber der dichteren Luft in tieferen Höhen gewandelt, ganz ähnlich wie wenn man eine Feder spannt.


- Mit Perpetuum Mobile hat´s demnach rein garnix zu tun und ob das ganze mit Luft als Ballast funktioniert, wage ich sehr zu bezweifeln.
Eher könnte man sich unter Wolken mit Wasser vollregnen lassen und dieses unten wieder ablassen.

Markus.

http://www.borntoglide.de

[pipo]

Man könnte die Volumsänderungsarbeit durch einen größeren Zusatztank weiter verringern - es wird sich aber wohl nie ein sinnvolles Ergebniss realisieren lassen. Denn bei einem 50000m³ Tank könnte die Energiebilanz ausgeglichen sein. (bin jetzt zu müde zum Nachrechnen )
Allerdings würde dadurch das Gewicht wieder ansteigen. Außerdem soll das Ding ja auch noch gleiten können.

Wenn ich mich vorher nicht grob verrechnet habe, dann würde ich ausschließen, daß sich dieses Ding sinnvoll betreiben läßt.

Markus Haubt hat aber recht, und das ist wesentlich, daß die ganze Sache rein gar nichts mit einem Perpetuum Mobile zu tun hat!

Die Idee ist für mich also nach wie vor nicht schlecht - nur ist´s nach überschlagsmäßiger Berechnung halt doch nicht rentabel.

pipo

[Peter Bruggmüller]

Kleines Beispiel

Ich glaube, es herrscht noch immer Unklarheit, wie die Idee fuelless flight gemeint ist. Darum möchte ich ein Beispiel anführen:

Aufstieg:
Ein Gewicht mit 100 N soll gehoben werden. Der Auftrieb muss also etwas größer sein, z. B. 101 N. Jetzt steigt der Ballon langsam - wenn das Gas im Ballon frei expandieren kann, fast beliebig hoch. Dabei kann der Aufstieg als Gleitflug aufwärts gestaltet werden, d.h. eine bestimmte Strecke wird zurückgelegt.
Abstieg:
In großer Höhe reicht es, nur einen kleinen Teil des Gases zu komprimieren, z.B. bis der Auftrieb nur mehr 99 N beträgt. Jetzt sinkt der Ballon langsam wieder. Der Abstieg wird wiederum als Gleitflug gestaltet. So kann wieder eine Strecke zurückgelegt werden.

Fazit:

• Man kann mit sehr wenig Energie (Kompressionsarbeit) auf- und absteigen und damit (zumindest theoretisch) vorankommen. Das bedeutet, dass das Huhn des Monats zu unrecht vergeben worden ist.
• Will man schnell vorankommen, muss der Unterschied zwischen Auftrieb und Gewicht möglichst groß sein. Das kostet Energie.
• Komprimiert man oben das ganze Gas verlustfrei, braucht man etwas mehr Energie dafür, als man an potenzieller Energie gewonnen hat. (Zur Lösung meines Rechenweges werde ich später einmal einen Kommentar nachliefern.)

Die Grundidee finde ich sehr faszinierend, wenn auch die Realisierung bestimmt sehr schwierig wird.

Peter

nur ein paar Tippfehler behoben

[pipo]

hi Peter,

original geschrieben von Peter Bruggmüller:
Ein Gewicht mit 100 N soll gehoben werden. Der Auftrieb muss also etwas größer sein, z. B. 101 N. Jetzt steigt der Ballon langsam - wenn das Gas im Ballon frei expandieren kann, fast beliebig hoch.

...naja, das stimmt schon.
Ich bin aber von einer starren bzw. halbstarren Hülle ausgegangen.
Die Bilder auf der Homepage sehen für mich auch stark danach aus. Könnte das Gas frei expandieren, wäre ein effizienter Gleitflug wohl noch schwerer zu realisieren.

original geschrieben von Peter Bruggmüller:
In großer Höhe reicht es, nur einen kleinen Teil des Gases zu komprimieren, z.B. bis der Auftrieb nur mehr 99 N beträgt. Jetzt sinkt der Ballon langsam wieder. Der Abstieg wird wiederum als Gleitflug gestaltet. So kann wieder eine Strecke zurückgelegt werden.

...wie schon gesagt, hier besteht wohl ein Annahmeunterschied in unserer Rechnung.
Da ich von einer starren/halbstarren Konstruktion ausgehe, genügt es nicht, nur einen kleinen Teil zu komprimieren.

original geschrieben von Peter Bruggmüller:
Da bedeutet, dass das Huhn des Monats zu unrecht vergeben worden.
[...]
Die Grundidee finde ich sehr faszinierend, wenn auch die Realisierung bestimmt sehr schwierig wird.

...das sehe ich genau so.

grüße pipo

[joachim abel]

ich nochmal

von den rechnereien versteh ich nix, aber:

machts einen unterschied an potentiellem energiegewinn, wenn ich eine bestimmte masse an luft komprimiert oder unkomprimiert von oben nach unten bringe??

hing doch irgendwie nur an der masse, nicht am volumen??

und wenn ich nun ein bestimmtes volumen luft von der zugspitze nach garmisch fallen lasse ( wie an stoan ), dann hat die da unten nur platz, wenn durch verdrängung das gleiche volumen irgendwie auch wieder nach oben kommt.

nix gewonnen !!!

oder andersrum: der energiegewinn beim stein von der zugspitze ist doch nur aus der massendifferenz von stein und luft herzubekommen.

oder??

[pipo]

hi joachim,

ich hoffe, deine Fragen richtig beantworten zu können:

original geschrieben von joachim abel:
machts einen unterschied an potentiellem energiegewinn, wenn ich eine bestimmte masse an luft komprimiert oder unkomprimiert von oben nach unten bringe??

hing doch irgendwie nur an der masse, nicht am volumen??

Du liegst richtig, daß für die potentielle Energie auschließlich die Masse ausschlaggebend ist. (neben der Höhe halt. )
Die Frage ist nur, wie groß der Energieaufwand/die Arbeit zur "Gewinnung" der potentiellen Energie ist.

Tatsache ist, daß auch die dünne Luft in großer Höhe, über potentielle Energie verfügt. Nur läßt sie sich nicht so unmittelbar einsehen und nutzen, wie der Zugspitzenstein, da sie durch den Luftdruck unter ihr am Sinken gehindert wird.
Wenn du die Luft da oben einfach in einen Luftballon füllst, dann hat sich zwar deine potentielle Energie vergrößert.
...ganz einfach deshalb, weil deine Masse nun größer ist.
Die potentielle Energie läßt sich aber nicht umwandeln (etwa in kinetische Energie), da dich dieser Lufballon nicht nach unten ziehen kann.
...und von potentieller Energie alleine kann man sich nichts kaufen!
Um die potentielle Energie nun eben in kinetische Energie und damit eventuell weiter in Wärme, elektrische Energie, ... umwandeln zu können, muß die Luft erst komprimiert werden.
Der potentielle Energiegewinn ist aber sowohl komprimiert, als auch unkomprimiert der selbe.
Nur ist´s im unkomprimierten Falle von rein theoretischer Natur, weil sich damit nichts anfangen läßt!

original geschrieben von joachim abel:
und wenn ich nun ein bestimmtes volumen luft von der zugspitze nach garmisch fallen lasse ( wie an stoan ), dann hat die da unten nur platz, wenn durch verdrängung das gleiche volumen irgendwie auch wieder nach oben kommt.

nix gewonnen !!!

Schon wieder liegst du richtig!
Wenn du das Energieniveau der gesamten Atmosphäre betrachtest, hast du natürlich recht, daß dieses bei diesem Versuch konstant bleibt!
Aber das hat dich weiter nicht zu interessieren, denn deine Energie ist sehr wohl größer geworden.
...physikalisch korrekt formuliert müßte man sagen:
Es kommt darauf an, wo du deine Systemgrenze ziehst. Und da dich nur die Energie des Flugzeuges interessiert, ist es für diese Betrachtung gleichgültig, wie sich das Energieniveau außerhalb des Flugzeuges verändert.

Du könntest ja sonst auch bei einem Stauwasserkrafterk sagen: Jetzt fließt das Wasser zwar schneller, dafür hat es an potentieller Energie verloren - nix gewonnen.
...das ist genau so richtig wie deine vorige Aussage. Nur ist´s für die Funktion des Kraftwerkes unbedeutend.

...nochmal: deine Aussage ist aus dem Grund korrekt, daß wenn man die Systemgrenzen groß genug annimmt, dann bleibt das Energieniveau immer konstant.
Denn es kann ja eigentlich keine Energie "gewonnen" sondern nur umgewandelt werden.
Innerhalb bestimmter Systemgrenzen kann die Energie aber natürlich schon zunehmen, deshalb kann man dort auch von Energiegewinn sprechen. (auch wenn´s vielleicht nicht super korrekt ist.)

original geschrieben von joachim abel:
oder andersrum: der energiegewinn beim stein von der zugspitze ist doch nur aus der massendifferenz von stein und luft herzubekommen.

[nörglermode]du meinst wohl Dichtedifferenz[/nörglermode]
...ich denke, das habe ich eh schon weiter oben im Posting beantwortet.

original geschrieben von joachim abel:
von den rechnereien versteh ich nix, aber:

...ich habe auch nur mehr oder weniger Formel abgeschrieben, oder glaubst du, ich verstehe wirklich, was eine polytrope Zustandsänderung ist?

grüße pipo

[Oliver]

Hallo,

die Konsequenz aus diesen Überlegungen für alle Streckenflieger: Wenn ihr an der Basis seid, immer schon tief einatmen und Luft anhalten. Man gleitet dann besser.

Viel Erfolg

wünscht Oliver

[Bernd]

Re: Eigentlich ganz einfach

Original geschrieben von Markus Haubt
- Mit Perpetuum Mobile hat´s demnach rein garnix zu tun und ob das ganze mit Luft als Ballast funktioniert, wage ich sehr zu bezweifeln.
Eher könnte man sich unter Wolken mit Wasser vollregnen lassen und dieses unten wieder ablassen.

Hi Markus,
wenn ich einen Körper ohne äußeren Energieensatz gegen diverse Widerstände beliebig lange bewegen kann, finde ich schon, dass das ein perpetuum mobile wäre!

Die Wasseraufnahme-Variante an der Wolke ist ne gute Idee, Pech wäre nur, wenn sich die Wolken überraschend auflösen, dann geht die Reise etwas länger.

zum Thema Zeppelin/ starres Volumen:
vom alten Zeppelin weiß ich, dass er im Inneren mehrere Gaszellen hatte, die sich mit steigender Höhe ausdehnen konnten. Die zigarrenförmige Hülle war also nicht komplett mit Gas gefüllt. Die erreichbare Höhe wurde durch die maximale Ausdehnung der Gaszellen begrenzt und lag, wenn ich es noch richtig weiß, bei ca. 3000m. 5000m, wie von Pipo angenommen, dürften von einem Starrluftschiff kaum zu realisieren sein.

Ein Luftschiff hat immer ein Problem mit seiner, im Vergleich zur Größe, geringen Nutzlast. Ein Luftschiff, das zusätzlich Flügel, Tanks, Turbinen und Kompressoren transportieren muss, dürfte eine negative Nutzlast haben. (Zeppelin NT trägt gerade mal 16 Personen plus etwas Ballast)

Bernd

[MH]

Re: Re: Eigentlich ganz einfach

Original geschrieben von Bernd
Hi Markus,
wenn ich einen Körper ohne äußeren Energieensatz gegen diverse Widerstände beliebig lange bewegen kann, finde ich schon, dass das ein perpetuum mobile wäre!

Du führst aber bei diesem Denkspiel durch die Ballastaufnahme am oberen Punkt Energie zu (die potentielle Energie des Ballastes), welche Du beim Abstieg verbrauchst - daher.


Aber mal noch ein anderes sehr
einfaches und gut nachzuvollziehendes Beispiel:

Begib dich ins Schwimmbad ins 5m-Becken mit einem Luftschlauch im Mund.
Nun atmest Du aus -> Du sinkst auf den Boden des Beckens.
Einatmen -> Du steigst an die Oberfläche.

Der Gag:
Das Ein- und Ausatmen ist ein einmaliger, in seinem Energieverbrauch klar definierter und zeitlich begrenzter Vorgang (sekundärer Energieverbrauch). Das Halten der Luft kostet von biologischen Effekten abgesehen keine Energie (siehe U-Boot).

Die Auf- und Abstiege hingegen ließen sich beliebig ausdehen, begrenzt nur durch Wasseroberfläche und Grund. Im Marianengraben wäre die Höhendifferenz über 10km.

Während dieser Vertikalbewegungen kannst Du durch Schrägstellen Deines Körpers nun aber Vorwärtsfahrt machen - woher kommt die Energie hierfür???


Viel Spaß beim Rätseln

Markus.

http://www.borntoglide.de

P.S.: Ein Tip noch:
Die potentielle Energie der Luft spielt keine Rolle, funzt nämlich auch mit einer luftgefüllten Gummizelle, die man an der Oberfläche etwa durch einen Spanngurt etwas einschnürt und somit das Gas wie auch das Auftriebsvolumen etwas komprimiert.

[Hexogen]

@markus

Tja....
nur musst Du halt, wenn Du
Luft als Auftrieb im Wasser verweden willst,das Wasser verdrängen und das kostet umso mehr Energie je tiefer Du bist.

Die Physik kann man nicht bescheissen!


Daniel