Thermodynamische Grundsätze

Es gibt in der Physik einen Bereich, der sich Thermodynamik nennt. Die Thermodynamik beschäftigt sich insbesondere mit energetischen Gleichgewichten.

Als einfaches Beispiel: Wenn ich auf meiner flachen Hand einen Stein halte, will dieser Stein eigentlich runterfallen, meine Hand stellt aber ein thermodynamisches Gleichgewicht her. Der Stein kann also seine potentielle Energie welche sich aus Höhe, Masse und Erdbeschleunigung errechnet nicht in kinetische Energie wandeln, welche sich aus Geschwindigkeit und Masse errechnet umwandeln. Entferne ich meine Hand, wird der Stein seine potentielle Energie sofort in kinetische Energie wandeln um sie dann beim Aufschlag auf den Boden in Wärme umzuwandeln.

In der Thermodynamik wurden unter anderem zwei sehr wichtige und extrem leicht verständliche Grundsätze formuliert.

1. Grundsatz der Thermodynamik: Von nix kommt nix.

Dieser Grundsatz sagt aus, dass man ohne Aufwand nichts erreichen kann. Wenn also z.B. ein Körper seinen Energiegehalt erhöhen soll (Änderung der Geschwindigkeit oder Änderung der Lage) so muss ich diese Energie diesem Körper zuführen.

2. Grundsatz der Thermodynamik: Alle verlieren

Dieser Grundsatz sagt aus, dass alle Prozesse, die mit Energie ablaufen, verlustbehaftet sind. Es gibt demnach keinen Prozess, der die gleiche Energiemenge abgibt die vorher zugeführt wurde. Der Quotient aus zugeführter und abgegebener Leistung wird dann Wirkungsgrad genannt.

Beide Grundsätze gemeinsam verbieten die Existenz eines Perpetuum Mobile. Dieses würde sich, einmal in Gang gesetzt, auf ewig bewegen (Perpetuum Mobile 1. Art) oder dabei sogar Arbeit verrichten, ohne dass ihm Energie zugeführt wird (Perpetuum Mobile 2. Art).

Wenn wir Modellflieger und hier mal insbesondere die Modellsegler glauben, die in Fahrt umgesetzte Höhe wieder vollständig in Höhe wandeln zu können, haben wir den 2. Grundsatz der Thermodynamik außer Acht gelassen. Dieser sorgt dafür, dass ein Teil der eingesetzten Höhe nicht in Fahrt sondern durch Luftreibung in Wärme umgesetzt wird.

Als Elektroflieger sind ebenfalls beide Grundsätze immer zu beachten. Der erste Grundsatz zeigt recht deutlich, dass man Leistung erbringen muss wenn man ein entsprechendes Ergebnis bekommen will. 100 m/s Steigleistung sind mit einem 200W Antrieb nicht leistbar!

Der zweite Grundsatz verhagelt uns so manche nett aussehende Leistungsberechnung, weil doch ein erheblicher Teil der vom Akku abgegebenen Leistung in Akku, Regler und Motor schon in Wärme gewandelt wird und gar nicht am Propeller ankommt. Jeder kennt die nach dem Flug brüllend heißen Geräte. So mancher hat seinen Geier auch schon brennend grounded weil das Equipment nicht für die erbrachte Leistung geeignet war und schlicht überhitzte.

Diese Beschreibung erhebt selbstverständlich keinen Anspruch auf Vollständigkeit, das Wissen um diese beiden Grundsätze erleichtert aber das Denken bei der Auslegung bzw. Auswahl der Komponenten und nicht zuletzt auch beim fliegen.