Eine Industriegesellschaft funktioniert aufgrund ihrer Fähigkeit, Energie von einer Form in eine andere umzuwandeln. Die Energie, die in rauschendem Wasser, beim Verbrennen von Kohle oder beim Einfangen von Sonnenlicht enthalten ist, wird in Strom umgewandelt und dann in chemischen Batterien gespeichert, um in einer Vielzahl anderer Anwendungen freigesetzt zu werden. Wenn Sie den Schalter Ihrer Taschenlampe umlegen, nehmen Sie an einer Reihe von Energieumwandlungen vom Knopf bis zum Lichtstrahl teil.
Thermodynamik und Energieumwandlung
Bei einer Taschenlampe muss Energie von der Stromquelle (in der Regel eine Batterie) zur Lichtquelle (häufig eine Glühbirne, manchmal eine LED) transportiert werden. Jedes Mal, wenn sich Energie ändert, geht jedoch ein Teil davon als Wärme verloren – ein grundlegendes Prinzip der Thermodynamik. Taschenlampen mit Glühbirnen verlieren den größten Teil ihrer Energie als Wärme durch den Betrieb der Glühbirne selbst. Glühbirnen sind eine gute Möglichkeit, warm zu bleiben, aber nicht so gut, um Ihren Weg effizient zu beleuchten.
Die Batterie
Wenn Sie den Knopf einer elektrischen Taschenlampe oder Taschenlampe drücken, kommt die erste Energieumwandlung von der Batterie selbst. Batterien verwenden Metallelektroden, die in eine chemische Paste eingebettet sind, um Elektrizität zu speichern; Wenn die Elektrode oxidiert, setzt sie Elektronen frei. Bei einigen Batterien ist dieser Vorgang einseitig. Sobald der Akku leer ist, ist er nutzlos. Sie können wiederaufladbare Batterien verwenden. Sie können energieeffizient mit Strom versorgt werden, was sie zu einer umweltfreundlichen Alternative zu Einweg-Alkali macht.
Die Glühbirne
Eine Glühbirne besteht aus einer vakuumversiegelten Glaskammer mit einem dünnen Drahtfaden im Inneren. Wenn Strom durch den Draht fließt, führt ein Widerstand dazu, dass er sich aufheizt. Diese Umwandlung von Strom in Wärme ist die zweite Energieumwandlung in einer typischen Taschenlampe. Dies geschieht mit nahezu 100 % Effizienz. So ziemlich der gesamte Strom fließt in die Wärmeerzeugung, wie in einem elektrischen Heizkörper oder einer Herdplatte. Auch diese erzeugen Licht, wie das rot-orange Leuchten des Elements zeigt.
Licht und Wärme
Um Licht zu erzeugen, muss sich der Glühfaden aufheizen, bis er strahlend weiß leuchtet. Dieses Verfahren ist äußerst energieineffizient. Bis zu 95 % der an die Glühbirne angelegten Leistung gehen als nutzlose Wärme und nicht als Beleuchtung verloren. Moderne Taschenlampen können anstelle von Glühbirnen "Licht emittierende Dioden" oder LEDs verwenden. LEDs geben Licht direkt ab, ohne dass ein Element erhitzt werden muss; Dadurch können sie die verschwenderischste Energieumwandlung einer Taschenlampe überspringen.