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--- grundlagen:bauphysikalische_grundlagen:waremespeicherung [2023/11/20 15:02] – [Mehr zum molekularen Modell] wfeist
+++ grundlagen:bauphysikalische_grundlagen:waremespeicherung [2024/04/28 12:38] – wfeist
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   * Freiheitsgrade der Fortbewegung in die drei Raumrichtungen (3 Freiheitsgrade: x, y, z - Bewegung); in der Physik "Translation" genannt.
-  * Freiheitsgrade der Rotation: Das Molekül kann grundsätzlich um drei verschieden orientierte Achsen rotieren((allerdings: Es stellt sich heraus, dass diese Bewegungsform nur für hinreichend unsymmetrische Moleküle aktivierbar ist und dann auch nur um die Achsen, die entsprechend hohe Trägheitsmomente aufweisen. Für diese Einführung reicht es aus, zunächst zu akzeptieren, dass einatomige Moleküle (wie z.B. die Edelgase) keinen Rotationsfreiheitsgrad aufweisen, zweiatomige zwei (die beiden Achsen senkrecht zur Längsachse) und einige nichtlinear angeordnete mehratomige drei)) )
+  * Freiheitsgrade der Rotation: Das Molekül kann grundsätzlich um drei verschieden orientierte Achsen rotieren((allerdings: Es stellt sich heraus, dass diese Bewegungsform nur für hinreichend unsymmetrische Moleküle aktivierbar ist und dann auch nur um die Achsen, die entsprechend hohe Trägheitsmomente aufweisen. Für diese Einführung reicht es aus, zunächst zu akzeptieren, dass einatomige Moleküle (wie z.B. die Edelgase) keinen Rotationsfreiheitsgrad aufweisen, zweiatomige zwei (die beiden Achsen senkrecht zur Längsachse) und einige nichtlinear angeordnete mehratomige drei.)) )
   * Freiheitsgrade der Schwingung: Diese treten immer in Paaren zu zwei auf, nämlich für die Bewegungsenergie der Schwingung und für die elastische Energie. Auch dafür muss es entsprechende Teile des Moleküls geben, die sich gegeneinander bewegen können. Die Physik spricht dabei von "Schwingungsmoden".((In einem einfach aufgebauten Festkörper sind das bezogen auf das einzelne Atom 6 Freiheitsgrade.))
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 |Kohlendioxid|CO<sub>2</sub> |0,845|1,9800|0,465|
 |Krypton|Kr|0,249|3,7591|0,260|
-|Xenon|Kr|0,160|5,8982|0,262|
+|Xenon|Xe|0,160|5,8982|0,262|
 **Flüssigkeiten**  eignen sich besonders gut für den Aufbau von Wärmespeichern: Sowohl für die schnelle Temperaturanpassung im Speicher((es kann ja einfach umgerührt werden))  als auch für die Be- und Entladung ist das besonders praktisch. Für den Vergleich zu gebräuchlichen Energieinhalten dient uns wieder die vollständige Verbrennung von 1 kg Heizöl, das sind $h_{Öl}=$ 39500 kJ/kg. Selbst im Vergleich zu einer Erhitzung von 1 kg Wasser um 100 °C steckt in der chemischen Verbrennungsenergie eines Liters Heizöl noch die rund 94fache Energie. Das zeigt schon, dass für gleiche Energiemengen chemische Speicher um ein Vielfaches kleiner sind als Wärmespeicher. \\  \\ Die spezifischen Wärmekapazitäten der Flüssigkeiten liegen je Masseneinheit im gleichen Feld wir die der Gase; aber Flüssigkeiten haben unter den Bedingungen auf der Erde eine Mehrtausendfach höhere Dichte. Das ist es, was sie als Wärmespeichermedium überhaupt interessant macht. Es zeigt sich wieder, dass die Flüssigkeiten mit den //niedrigeren//  Molekulargewichten die höheren massebezogenen spezifischen Wärmekapazitäten haben. Ammoniak und Wasser liegen dabei an einsamer Spitze - es sind tatsächlich die praktikabel verwendbaren Materialien mit den absolut höchsten spezifischen Wärmekapazitäten, und das wird bei Raumtemperatur auch so bleiben: Denn Flüssigkeiten mit geringerem Molekulargewicht wird es nicht geben. Auf das Speichervolumen bezogen steht Wasser ganz klar an der Spitze und das gilt sogar dann weiter, wenn die Feststoffe mit in den Vergleich einbezogen werden. Merke: **Wasser ist unüberbietbar das Material mit der höchsten Wärmespeicherfähigkeit für den praktischen Gebrauch.**  Durch Ausnutzen von Phasenübergängen lässt sich noch ein wenig zulegen, das behandeln wir später - diese Art Speicher sind aber deutlich aufwändiger in Bau, Betrieb und Kosten.