Kälte erzeugen

Hallo,

die Suchfunktion zum Thema Kälte hat nicht das gebracht, was mich als Frage beschäftigt:

Kann man Kälte erzeugen?

Ich weiß, dass es sowas wie Kühlschränke gibt und wie so 'n Teil im Prinzip funktioniert. Und ähnlich wie Klimaanlagen produzieren diese Maschinen IN SUMME Wärme. Auch ein Peltier-Element erzeugt meines Wissens auf der einen Seite zwar Kälte, auf der anderen Seite aber auch wiederum Wärme.

Gibt's also ein System, mit dem ich in Summe Kälte erzeugen kann?

Als Anwendung könnte man beispielsweise Windräder, die bei (zu) viel Wind in den Leerlauf geschaltet werden müssen, stattdessen Kühlung erzeugen lassen.
Mein Bauchgefühl lässt mich vermuten, dass sowas physikalisch unmöglich ist ...

Bis die Physiker sich was zurechtgelegt haben, mal meine laienhafter Input dazu. Vielleicht ist es ja ein Treffer.

- Relative - Kälte ist nur Abwesenheit von Wärme. Der Normalzustand wäre der absolute Nullpunkt, was dann die einzige halbwegs absolute Kälte wäre. Die kann man aber nicht produzieren. Man kann nur Wärme entziehen. Dabei geht aber keine Energie verloren, sie wird nur umgewandelt oder landet woanders. "In Summe" kann man da erst recht keine Kälte produzieren. Jegliche Prozedur ist mit einem Energieumsatz verbunden, sodass allein schon der Prozess, der für weniger Wärme sorgen soll, Wärme freisetzt.

So in etwa? :D

Herzlich willkommen auf Allmy und Glückwunsch zu Deinem Bauchgefühl, @daelta!

Nur ein paar Stichpunkte am Abend:

Der Energieerhaltungssatz verhindert, dass Wärmeenergie aus einem geschlossenen System verschwindet. Die Thermodynamik bestimmt, inwieweit Wärmeenergie in andere Energieformen umgewandelt werden kann; das geht nur bis zu einem bestimmten Prozentsatz und unter Aufheizung eines Kältereservoirs. Dabei nimmt die Entropie (Unordnung) zwangsläufig zu. Der Laplacescher Dämon, ein hypothetisches Wesen, das die Unordnung auseinandersortiert, ist ein interessantes Gedankenexperiment, aber physikalisch nicht realisier bar, weil es zwangsläufig andernorts noch mehr Unordnung produzieren muss.

Und noch ein Link: Hauptsätze der Thermodynamik

Absolut lässt sich also keine Kälte erzeugen. Aber möglicherweise könnte man Energie in die kalten Weiten des Universums pumpen.

@daelta
Wärme ist Energie und die kann man nur transportieren (auf deinen Zweck gemünzte Aussage).
Theoretisch: was willst Du kühlen, die Atmosphäre?

Kälte ist zunächst mal ein technischer Begriff, der in der Physik eigentlich nicht verwendet wird. Ob etwas "kalt" oder "warm" ist, dient meist nur dem Zweck der Relativierung, und ist meist auf die direkte Umgebung bezogen.

Unser Halbblut hat es bereits korrekt auf den Punkt gebracht, Wärme ist Energie, oder noch genauer, eine Form von Energie. Energie lässt sich transportieren bzw. in eine andere Form von Energie umwandeln, aber im physikalischen Sinne niemals erzeugen oder vernichten, auch wenn die Verwendung dieser Begriffe im technischen Sinne zulässig ist.

Unter allen Energieformen, ist Wärme quasi die "niedrigste" Form. Während andere Energieformen sich letztlich vollständig in Wärme umwandeln lassen, ist das umgekehrt nicht vollständig möglich (zumindest habe ich das so in Erinnerung).

Alles in unserem Universum hat eine Temperatur, zumindest kann man allem im Universum eine Temperatur zuordnen. Und mit allem ist auch wirklich alles gemeint, also das Universum selbst, jegliche Materie darin (von der Quanten-Ebene bis zum Makrokosmos), und sogar der elektromagnetischen Strahlung. Womöglich haben sogar Magnetfelder eine Temperatur, da müsste ich aber nochmal nachschlagen, und da ich Wiki zur Zeit nicht leiden kann, lass ich das mal besser. :D

Der Transport von Wärmeenergie hat laut Thermodynamik eine Richtung, und zwar immer vom "warmen" hin zum "kalten", niemals umgekehrt. Und genau das geschieht auch pausenlos, immer und überall. Salopp gesagt: Wärme hat immer das Bestreben, sich gleichmäßig zu verteilen, und dieser Ausgleich findet immer statt, insofern sich eine Gelegenheit dazu bietet, z.B. durch direkten Kontakt, Konvektion, Strahlung, etc.

Ja, auch Strahlung hat, bzw. transportiert Energie, und auch Strahlung kann Energie verlieren, z.B. wenn sie sich von einer Gravitationsquelle entfernt, bei Absorption, oder auch nur aufgrund der Expansion des Raumes, durch den sie sich bewegt.

Man sieht also schon, alles im Universum strebt auf ein Energie-Minimum (im Volksmund auch "Kälte" genannt) zu, ohne jegliches zutun. Weniger Energie bedeutet aber zugleich auch weniger "Möglichkeiten", womit wir auch schon bei einer wichtigen thermodynamischen Größe wären, und zwar der Entropie.

Wie sagt man immer so schön: die Entropie nimmt immer zu, auch wenn man dem temporär mit viel Energieaufwand lokal entgegen wirken kann. Und da die Energiemenge im Universum endlich ist, sind auch die Möglichkeiten sich "dem Lauf der Dinge" entgegen zu stellen, ebenfalls endlich.

"Kälte" zu erzeugen, bedeutet im Grunde den eh ablaufenden natürlichen Prozess nur lokal zu beschleunigen, was nur mit einem erhöhtem Energieaufwand zu bewerkstelligen ist. In unserem Universum bekommt man energetisch betrachte nix geschenkt, alles hat seinen Preis, egal ob man der Entropie entgegen wirkt, oder sie beschleunigen will.

Das war jetzt alles ziemlich allgemein gehalten. Um wieder auf die Frage zurück zu kommen: "Kann man Kälte erzeugen?", da lautet die Antwort prinzipiell ja, aber nur mit einem entsprechenden Aufwand an Energie.

Jedes physikalische System hat quasi den Drang, seine Wärme "loszuwerden", man muss ihm einfach nur eine Möglichkeit anbieten, dies auch auf einem der möglichen Transportwege zu tun. So einfach ist das. :D

@Abahatschi
Ja, das war tatsächlich der Gedanke: Wenn bei viel Wind das Stromnetz nicht noch weiteren Strom aufnehmen kann, könnte man so (verfluchter Konjunktiv ...) die Windräder trotzdem weiter Strom erzeugen lassen und den dann in diese wunderbaren KEDs (für Kälte-Erzeugungs-Dingsbums) leiten, um einfach die Umgebung zu kühlen. So hätte man dem Klimawandel entgegenwirken können.
Tja, dann muss ich die Welt eben auf 'ne andere Weise retten ...

@Peter0167
Danke für die Vorlesung!
Grundsätzlich war mir das im Groben klar. Ich hatte halt mal gelesen, dass auf dem Weg zum absoluten Nullpunkt (0 Kelvin) Laser eingesetzt werden, um ein Bündel Atome noch weiter abzukühlen.
Da hatte ich halt die Hoffnung, dass irgendjemand ein Quanten-Flux-Vibrations-Verstimm-o-mat erfunden hat, der tatsächlich "einfach so" Kälte erzeugt.
Na gut, schraub' ich halt weiter an meinem Unendlichen Unwahrscheinlichkeits-Drive. Dann brauche ich nur noch jemanden, der mir genau ausrechnen kann, wie unwahrscheinlich so ein QFVV ist und geb dann einfach die Zahlen ein.

@Mr.Stielz
Danke für's Feedback!

Mr.Stielz schrieb:Absolut lässt sich also keine Kälte erzeugen. Aber möglicherweise könnte man Energie in die kalten Weiten des Universums pumpen.

Das lässt doch gleich die nächste Idee in mir reifen:
Wir packen die überflüssige und unerwünschte Wärme in Ballons, lassen diese aufsteigen, immer weiter, bis ins All, und werden sie auf Nimmerwiedersehen los.
Das ist noch besser als die Geschichte mit dem Auftriebskraftwerk! Und gleichzeitig hätten wir noch das Problem mit dem Weltraumaufzug gelöst. Und könnten kostenlos und für Jedermann frei verfügbar Energie erzeugen: einen Ballon kann man von jedem Balkon aus starten. Das ist noch besser als die Balkonkraftwerke auf Solarbasis, die man schon kaufen kann.
Ich seh mich schon auf dem Weg nach Stockholm.

Ich habe mal gelernt, das es Kälte nicht geben würde. Es ist nur ein Mangel an Wärme!

Ja, als eigenständige physikalische Größe gibt's die Kälte nicht.
Aber als technischer Begriff ist es schon vorhanden.

daelta schrieb:Wenn bei viel Wind das Stromnetz nicht noch weiteren Strom aufnehmen kann, könnte man so (verfluchter Konjunktiv ...) die Windräder trotzdem weiter Strom erzeugen lassen und den dann in diese wunderbaren KEDs (für Kälte-Erzeugungs-Dingsbums) leiten, um einfach die Umgebung zu kühlen. So hätte man dem Klimawandel entgegenwirken können.

Das wäre in etwa so, als würde man den Kühlschrank offen lassen, um so die Wohnung im Sommer zu kühlen ... so einfach funktioniert das nicht.

Wenn du an einer Stelle mit viel energetischem Aufwand etwas kühlst, produzierst du an anderer Stelle immer Wärme. Und wenn zudem noch beides im selben System (Planet Erde) stattfindet, ist es somit komplett sinnfrei.

Das System "Erde" ist in Bezug auf seinen Energiehaushalt im Grunde ein sehr stabiles System. Seit Milliarden von Jahren reguliert es sich selbstständig ohne größere Störungen. Den größten Teil unserer Energie beziehen wir von der Sonne, die heizt tagsüber ordentlich ein, und nachts wird diese Energie wieder in den Weltraum abgestrahlt.

Zumindest war das lange Zeit so, bis der Mensch in dieses System eingriff, und Energieabstrahlung signifikant behinderte. Und genau da muss auch angesetzt werden. Die Emmission von Treibhausgasen muss herunter gefahren werden, um dem Planeten die Möglichkeit zu geben, wie bisher die überschüssige Energie abzustrahlen. Die Mandalorianer würden sagen: "DAS ist der Weg!" ... alles andere führt zu nix.

Und selbst wenn das mit den Windrädern so funktionieren würde, wäre das nicht mal ein Tropfen auf dem heißen Stein. Von der Größenordnung wäre es in etwa so, als würde man versuchen mit einem Streichholz die Antarktis abzutauen.

Im Grunde wissen wir ja wie es gehen würde, nur umgestzt wird es nicht. Es ist ja viel bequemer, sehenden Auges in die Katastrophe zu rasen, als gewisse Notwendigkeiten zu akzeptieren. Vielleicht gelingt das ja einer künftigen Spezies, den Planeten wieder bewohnbar zu gestalten, der Mensch ist jedenfalls nicht dazu imstande.

@daelta
Wenn Du Dich in Terraforming üben willst, könnte man Sonnenspiegel für die Sahara bauen (aus Sand mach Glas). Oder mit Deiner überschüssigen Energie über Luftverflüssigung und Elektrolyse aus CO2 wieder Kohle produzieren und in Lützerath endlagern.

Leider ist Terraforming im Fall von "Planet 3" eine harte Nuss.

daelta schrieb:die Windräder trotzdem weiter Strom erzeugen lassen und den dann in diese wunderbaren KEDs (für Kälte-Erzeugungs-Dingsbums) leiten, um einfach die Umgebung zu kühlen. So hätte man dem Klimawandel entgegenwirken können.

Mal abgesehen davon, dass das wie oben beschrieben nicht geht, muss man sich auch mal die Größenordnungen ansehen.

Wie viel Energie wir produzieren können mit Wind, Sonne, Kohle, Atomenergie usw. und wie viel Energie der Sonne hier auf der Erde ankommt.
Die Berechnungen und Darstellung zu Desertec fand beeindruckend

Wikipedia: Desertec#/media/Datei:Fullneed.jpg

Würde man diese Fläche mit Solarkollektoren vollbauen, könnte man den weltweiten Strombedarf (17% an dem Gesamtenergiebedarf) decken. (Stand 2005)

Das ist aber nicht die Gesamtenergie der Sonnenstrahlung, sondern nur der in Strom umwandelbare Teil, als 15-20%.

@Stan_Marsh
"Größenordnung" ist ein gutes Stichwort. Erst vor ein paar Tagen habe ich ein Video angeguckt von Harald Lesch. Vordergründig geht es um Einstein, nebengründig ums Licht und hintergründig um die Erderwärmung. Dabei wird auch erwähnt, mit welcher Gesamtleistung uns die Sonne beglückt. Wenn man davon nur 1 % wieder rauskühlen wollte, da bräuchte es viele Kühlschränke.

Harald Lesch: Vortrag zu Albert Einstein • Was ist Licht und was macht es bis heute so besonders?

Externer Inhalt
Durch das Abspielen werden Daten an Youtube übermittelt und ggf. Cookies gesetzt.

Mr.Stielz schrieb:Wenn man davon nur 1 % wieder rauskühlen wollte, da bräuchte es viele Kühlschränke.

Ja, klar, im Ernst jetzt: Das war mir schon bewusst, dass das nicht das Ruder rumreißen könnte, selbst wenn's funktionieren würde.
Ich war nur neugierig, ob's überhaupt eine technische Möglichkeit gegeben hätte.
Und wenn's funktioniert hätte, hätte ich es aufregend gefunden, mitten im Sommer nach einem Gewitter (mit viel Wind) einen zugefrorenen See zu sehen.
DAS wäre mal Science-Fiction ... (breitgrins)

Mr.Stielz schrieb:Leider ist Terraforming im Fall von "Planet 3" eine harte Nuss.

Das ist der Knackpunkt:
Wir Menschen sehen uns Kräften gegenüber, denen wir nicht mal ansatzweise technisch beikommen können.
Selbst die Trump'sche Realsatire, zur Abwendung eines Hurrikans 'ne Atombombe da reinschmeißen zu wollen, zeigt nur die unabwendbare Hilflosigkeit.

Was würde eigentlich passieren, (ich weiß, es geht nicht) wenn man einen tieferen Punkt als -273,15C erreichen könnte? z.B. -546,3C. Würden dann die Atome anfangen, sich rückwärts zu bewegen oder würden sie auseinanderfallen?

katzenauge64 schrieb:Würden dann die Atome anfangen, sich rückwärts zu bewegen oder würden sie auseinanderfallen?

Zunächst würden Elektronen und Protonen ihre Position tauschen, d.h. die Elektronen wandern in den Kern, und die Protonen umkreisen das Neutronen-Elektronen-Plasma. Und da die Protonen das "Umkreisen" nicht gewohnt sind, wird ihnen instantan kotzübel, und sie beginnen damit, ein Gemisch aus Myonen und Antineutrinos zu emitieren.

Erst danach bewegen sie sich rückwärts und fallen anschließend auseinander.

PS: C (Coulomb) ist übrigens die Einheit der elektrischen Ladung. Die Temperatur wird hingegen mit °C (Grad Celsius) bzw. K (Kelvin) angegeben.

Peter0167 schrieb:Erst danach bewegen sie sich rückwärts und fallen anschließend auseinander.

Ernsthaft?
Ich bin davon ausgegangen, dass Wärme Bewegung auf atomarer bzw. molekularer Ebene ist. Und weniger Energie (=Wärme) als völligen Stillstand gäbe es nicht.
Darum gibt's ja meines Wissens auch eine maximal mögliche Temperatur, die an die maximal erreichbare Geschwindigkeit c gekoppelt ist: schneller als Lichtgeschwindigkeit kann ein Atom nicht schwingen (Moleküle dürfte es in den Temperaturbereichen wohl nicht mehr geben).

@katzenauge64:

katzenauge64 schrieb:ich weiß, es geht nicht

Doch, das geht, allerdings nur in sehr speziellen Szenarien, wie sie z.B. im Wikipedia-Artikel Negative Temperature beschrieben werden. Leider fehlt mir die Zeit, um das leicht verständlich zu erklären.

Da ChatGPT anscheinend in gewissem Rahmen in der Lage ist, inhaltlich korrekte und leicht verständliche Erklärungen zu physikalischen Sachverhalten zu liefern, wäre interessant, die Frage an das System weiterzuleiten. Mir selbst fehlt allerdings auch dazu aktuell die Zeit.

katzenauge64 schrieb:Würden dann die Atome anfangen, sich rückwärts zu bewegen ...

Die Bewegung, die Wärme entspricht, ist nicht gerichtet. Daher ergibt "rückwärts" in diesem Zusammenhang keinen Sinn.