13.03.2008

9:55 Uhr

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FRANZIS EXPERIMENTE

4217-2 U1+U4

Dieter Dienst / Peter Lay

Dieter Dienst / Peter Lay

FRANZIS EXPERIMENTE

Praktische Experimente Im Zeitalter der zunehmenden Umweltkatastrophen machen sich immer mehr Menschen Gedanken über eine sinnvolle und umweltschonende Energietechnologie. Die heute hauptsächlich genutzten Energiesysteme stehen unter großer Kritik, da sie die Umwelt sehr belasten. Die wenigen alternativen Technologien, die heutzutage genutzt werden, sind entweder zu teuer oder passen nicht ins Landschaftsbild. Neue Alternativen müssen erdacht und erprobt werden. In diesem Buch werden neue Experimente mit alternativen Energien vorgestellt. Neben den jeweils nötigen theoretischen Grundlagen werden auch praktische Beschreibungen für Versuche gegeben. So lernt man durch das Experiment neuartige energietechnologische Möglichkeiten kennen, die es weiterzuentwickeln gilt. Auf dieser Basis können sich in naher Zukunft neue Energiesysteme etablieren. Dieses Buch animiert Sie zum Experimentieren mit alternativen Energietechnologien. Aus dem Inhalt: Thermovoltaik zum Betrieb von Haushaltsgeräten · Alternative Windkraft ohne Windrad · Das große Geheimnis der Testatika · Stubblefield-Batterien · Energiekonverter mit erneuerbaren Kraftstoffen Relativistische Energie · Neuartiger Konverter nach Emil Pfautsch · u. v. a. Ein Buch nicht nur zum Lesen, sondern auch zum Mitmachen und Experimentieren! ISBN 978-3-7723-4217-2

EUR 19,95 [D]

Experimente mit alternativen Energien

mit alternativen Energien

Praktische Experimente mit alternativen Energien Selbstbauprojekte mit Thermovoltaik und erneuerbaren Kraftstoffen

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Inhaltsverzeichnis 1 Projekte für die Praxis .............................................................. 1.1 Thermovoltaik ................................................................ 1.2 Erneuerbare Kraftstoffe ..................................................... 1.3 Selbstladende Kondensatoren ............................................ 1.4 Testatica ....................................................................... 1.5 Niederfrequenter Magnetismus .......................................... 1.6 Alternative Windenergie .................................................... 1.7 Energie sichtbar gemacht .................................................. 1.8 Der Blitz – ein Over-Unity-Effect? ......................................... 1.9 Prähistorischer Energiekonverter ......................................... 1.10 Erdbatterie .................................................................... 1.11 Neuartiger Energiekonverter ...............................................

11 12 25 29 32 36 37 41 42 45 49 53

2 Sonstige Denkansätze .............................................................. 2.1 Relativistische Bewegungsenergie ....................................... 2.2 Die vierte Säule der Kernenergie ......................................... 2.3 Orgonakkumulator ........................................................... 2.4 Der Kugelblitz – Fiktion oder Realität? .................................. 2.5 Das Laufrad Perpetuum mobile ........................................... 2.6 Teilchenbeschleuniger im Weltall ........................................ 2.7 Fraktale ........................................................................ 2.8 Allphysik, Allelektrik ........................................................ 2.9 Die neue Physik – ein anderer Blickwinkel ............................. 2.10 Nachtrag zur Wärmelehre ..................................................

56 56 62 63 66 67 69 70 72 75 78

3 Freie Energie für alle ................................................................ 80 4 Bildanhang ............................................................................ 81 5 Adressen ............................................................................... 85 6 Weitere Informationen .............................................................. 87

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Inhaltsverzeichnis

7 Glossar ................................................................................. 88 8 Schlussworte ......................................................................... 90 9 Literaturverzeichnis ................................................................. 91 10 Stichwortverzeichnis .............................................................. 94

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1 Projekte für die Praxis Gestatten Sie vorweg eine Frage: Ist es sinnvoll, elektrisch zu heizen? Solange man nur davon ausgeht, dass der Strom aus der Steckdose kommt, kann man diese Frage getrost mit „Ja“ beantworten. Dies liegt daran, dass elektronische Regeleinrichtungen sehr komfortabel sind und der Wirkungsgrad von elektrischen Heizgeräten praktisch 100 % beträgt, d. h., es entstehen fast keine Verluste (von Elektrosmog abgesehen). Schaut man aber hinter die Steckdose, sieht das nicht mehr so erfreulich aus, denn entlang der ganzen Übertragungseinrichtungen (Kabel, Umspannstationen, Schaltanlagen, Verteileranlagen) bis hin zum Kraftwerk treten Verluste auf. Außerdem muss das Kraftwerk auch noch seinen Eigenbedarf decken. Vereinfacht kann man sagen, dass der Gesamtwirkungsgrad der Elektrizitätsversorgung bis zur Steckdose in den Haushalten nur bei ca. 33 % liegt, also nur 33 % der Energie, die im Primärenergieträger vorhanden ist, kommt zu Hause als elektrische Energie an. Wie wichtig es ist, sich darüber ernsthaft Gedanken zu machen, zeigt das folgende Gedankenexperiment. Wenn Sie, lieber Leser, bei sich zu Hause 1 kg Kohle im Ofen verbrennen, können Sie damit Ihr Haus für eine gewisse Zeit auf eine bestimmte Temperatur heizen. Würden Sie hingegen komplett elektrisch heizen, müsste das Kohlekraftwerk ca. 3 kg Kohle (also dreimal so viel) verfeuern, damit Sie mit der daraus gewonnenen elektrischen Energie Ihr Haus genauso lange auf die gleiche Temperatur heizen können. Somit geht also so viel Energie wie in ca. 2 kg Kohle steckt als Verlust auf den Übertragungseinrichtungen sowie als Verlust und Eigenbedarf im Kraftwerk verloren. Wer ganzheitlich denkt, sollte bei einem Gesamtwirkungsgrad von rund 33 % auch auf alle anderen elektrischen Verbraucher verzichten, besonders wenn man bedenkt, dass sich Wirkungsgrade multiplikativ fortpflanzen. Ein Beispiel soll das verdeutlichen: Nehmen wir eine elektrische Beleuchtung mit Leuchtstofflampen, die einen Wirkungsgrad von 20 % haben. Dann kann man sich zwar rühmen, Leuchtkörper zu verwenden, die den elektrischen Strom rund viermal besser in Licht umsetzen als Glühlampen (Wirkungsgrad ca. 5 %), aber wie sieht es mit dem tatsächlichen Gesamtwirkungsgrad aus? Wirkungsgrade pflanzen sich multiplikativ fort. Deshalb ergibt sich für die Umwelt ein Gesamtwirkungsgrad von l total = l electricity · l lamp =

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1 Projekte für die Praxis

0,33 · 0,2 = 0,07 = 7%. Das heißt, dass von 100 % chemisch gebundener Energie in der Kohle nur noch 7 % an Lichtenergie durch den elektrischen Strom zu Hause umgesetzt wird. Würde statt dessen eine Glühlampe verwendet werden, käme man auf einen Gesamtwirkungsgrad von l total = l electricity · l lamp = 0,33 · 0,05 = 0,02 = 2%. Vergleicht man beide Werte, stellt man fest, dass eine Leuchtstofflampe nicht mehr viermal besser ist als eine Glühlampe, sondern nur 3,5-mal. Wie man sieht, ist eines der größten Energieprobleme das gesamte Energieversorgungsnetz. Wir müssen endlich von einem großflächigen Verbundnetz wegkommen. Eine wesentlich bessere Alternative für die Umwelt ist die autarke Energieversorgung einzelner Häuser, weil dabei die Verluste auf den Übertragungseinrichtungen wegfallen. Das setzt natürlich voraus, dass man bei sich zu Hause einen effizienten Energiekonverter installiert. Im Folgenden werden neuartige Ideen vorgestellt, die heute noch ein Schattendasein führen oder gar noch vollkommen unbekannt sind. Kreativen Köpfen wird es nicht schwerfallen, aus diesen Ideen wertvolle Technologien zu entwickeln. So bleibt uns Autoren an dieser Stelle nur noch, Ihnen viel Spaß beim Experimentieren zu wünschen.

1.1 Thermovoltaik (Idee von Dieter Dienst und Peter Lay) Der Begriff Thermovoltaik setzt sich aus zwei Bestandteilen zusammen: Thermo und Voltaik. Er bezieht sich auf die Kombination von Wärme und Elektrizität. Thermovoltaische Elemente wandeln Wärmeenergie direkt in elektrische Energie um. Im Jahr 1821 entdeckt der Physiker T. J. Seebeck (1770–1831) diesen thermoelektrischen Effekt. In der Literatur findet man deshalb auch den Begriff Seebeck-Effekt. Der prinzipielle Aufbau eines Thermoelements besteht aus zwei verschiedenen Leitermaterialien (Metall, Halbleiter), die elektrisch miteinander verbunden sind (siehe Abbildung 1.1). Die Verbindungsstellen werden meist als Lötstellen bezeichnet. An diesen Lötstellen treten Elektronen von einem Leiter in den anderen über. Der Elektronen spendende Leiter lädt sich dadurch elektrisch positiv auf, während sich der Elektronen empfangende Leiter elektrisch negativ auflädt. Dadurch entsteht Abb. 1.1: Prinzip des Aufbaus eines Thermoelements. 1 = erster Leiter, 2 = zweiter Leiter, 3 = erste Lötstelle, 4 = zweite Lötstelle, 5 = Messinstrument

1.1 Thermovoltaik

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eine Potenzialdifferenz. Der Elektronenübergang hängt von der Temperatur der betreffenden Lötstelle ab. Da jedes Thermoelement konstruktionsbedingt zwei Lötstellen hat (weil zwei verschiedene Leiter verwendet werden), findet dieser Vorgang an jeder Lötstelle statt. Werden beide Lötstellen auf die gleiche Temperatur erwärmt, sind die beiden Potenzialdifferenzen gleich groß und von entgegengesetzter Polarität, womit die Thermospannung an den Anschlussklemmen 0 V beträgt. Setzt man hingegen beide Lötstellen auf unterschiedliche Temperatur, sind die Potenzialdifferenzen an den beiden Lötstellen unterschiedlich groß und an den Anschlussklemmen liegt dann eine von Null verschiedene Spannung an. Je größer die Temperaturdifferenz der beiden Lötstellen ist, umso größer ist die Thermospannung an den Anschlussklemmen des Thermoelements. Die Polarität hängt davon ab, welche der beiden Lötstellen wärmer bzw. kälter ist. Lässt man übrigens durch ein Thermoelement Strom fließen, erwärmt sich die eine Lötstelle, während sich die andere abkühlt. In diesem Fall spricht man dann vom Peltier-Effekt. Er wurde von Jean Peltier (1785–1845) entdeckt. Im Handel werden solche Peltier-Elemente für einfache Heiz- und Kühlzwecke angeboten. Man kann sie auch als Thermoelemente betreiben. Die effektivsten Thermoelemente (bzw. Peltier-Elemente) werden derzeit in den USA und Russland angeboten. Aktuelle Lieferquellen findet man am besten durch Internetrecherche. Anwendung finden die Thermoelemente meist in der Sensorik als Temperaturmessfühler, wobei sich die eine Lötstelle an der zu messenden Stelle befindet und die zweite Lötstelle (meist) im Stecker des Anschlusskabels. Abhängig von den verwendeten Leitermaterialien ergeben sich unterschiedliche Empfindlichkeiten, z. B.: ) Ein Kupfer-Nickel-Thermoelement hat eine Empfindlichkeit von rund 2,2 mV/ K, also pro Kelvin Temperaturdifferenz ändert sich die Thermospannung um etwa 2,2 mV. ) Ein Eisen-Konstantan-Thermoelement liefert im Temperaturintervall von –210 °C bis 1.200 °C eine Thermospannung von etwa 8 mV bis 70 mV. In der Praxis werden thermovoltaische Konverter schon seit langer Zeit in Spezialgebieten der Energietechnik verwendet, z. B. bei Radionuklidbatterien. In den Radionuklidbatterien wird die Wärme, die beim Zerfall radioaktiver Stoffe frei wird, mittels Thermoelementen direkt in Elektrizität umgesetzt. Da die dabei verwendeten radioaktiven Stoffe eine Halbwertszeit von mehreren Jahrzehnten haben, können Radionuklidbatterien auch sehr lange Elektrizität liefern. Beispielsweise hat Plutonium 238 eine Halbwertszeit von etwa 88 Jahren. Eine damit ausgestattete Radionuklidbatterie mit einer nominalen Anfangsleistung von 470 W liefert nach 23 Jahren immer noch gut 83 %, also 392 W. Derzeit gibt es keinen vergleichbaren Energiekonverter, der hier mithalten kann. Aus diesem Grund werden sie vorzugs-

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1 Projekte für die Praxis

weise da eingesetzt, wo konventionelle Energiesysteme aus technischen Gründen nicht einsetzbar sind oder nicht effizient genug arbeiten. Hier einige Anwendungsgebiete: ) Wartungsfrei arbeitende Stationen ) Raumsonden, die die äußeren Planeten erforschen oder das Sonnensystem verlassen (z. B. Voyager-Sonden. Ihnen standen im Jahr 2001 immer noch über 75 % der ursprünglichen Energie zur Verfügung) ) Manche unbemannten Leuchttürme in der ehemaligen Sowjetunion ) Angeblich in älteren Herzschrittmachern Ein Vergleich zwischen Photo- und Thermovoltaik zeigt, dass thermovoltaische Elemente bereits eine größere Leistungsdichte aufweisen als photovoltaische. Abbildung 1.2 zeigt eine grafische Gegenüberstellung von Durchschnittswerten. Während amorphe Solarzellen lediglich 5 mW/cm2 liefern, kommen die poly- und monokristallinen Solarzellen immerhin auf eine doppelt so hohe Leistungsdichte. Im krassen Gegensatz dazu liefern herkömmliche thermovoltaische Generatoren bereits 280 mW/cm2 – das ist 23-mal so viel wie die Leistungsdichte monokristalliner Solarzellen. Mittlerweile gibt es auch thermovoltaische Generatoren für den Hochleistungsbereich. Diese HP-TEGs, wie sie von der amerikanischen Firma Nextreme produziert werden, liefern sogar bis zu 3 W/cm2. Im Vergleich zu monokristallinen Solarzellen ist das sogar das 250-Fache! Bevor wir auf die Anwendung thermoelektrischer Konverter eingehen, zeigen wir zunächst noch ein paar einfache Experimente. Ein besonderes Thermoelement, das

Power Density 3Wcm-2

280mWcm-2 -2

-2

-2

5mWcm

10mWcm

12mWcm

a-Sz

p-Sz

m-Sz

S-TEG

HP-TEG

Abb. 1.2: Vergleich verschiedener Leistungsdichten mit a-Sz = amorphe Solarzelle, p-Sz = polykristalline Solarzelle, m-Sz = monokristalline Solarzelle, S-TEG = Standard thermoelektrischer Generator und HP-TEG = High Power thermoelektrischer Generator (Quelle: Daten aus Unterlagen der Firma Nextreme Thermal Solutions INC.)

1.1 Thermovoltaik

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Abb. 1.3: Schaltbild zum Messen der Thermospannung eines Kondensators (Vorsicht beim Erwärmen!)

man als solches auf Anhieb gar nicht erkennt, ist der Kondensator. Am besten eignen sich Wickelkondensatoren, wie viele Metall-Kunststoff- und Elektrolytkondensatoren. Gemäß dem Schaltbild in Abbildung 1.3 wird ein zuvor entladener Kondensator mit einem hochohmigen Spannungsmesser (Eingangswiderstand mindestens 1 M / ) angeschlossen. Am besten verwendet man dazu Krokodilklemmen. Der Spannungsmesser wird in den DC-mV-Bereich eingestellt. Vorsichtig wird der Kondensator erwärmt, indem man ihn z. B. auf einen warmen Heizkörper legt. Man kann auch vorsichtig eine Kerzenflamme verwenden (Vorsicht, nicht die Isolation und das Dielektrikum verbrennen!). Es genügt auch, die Anschlüsse mit der Kerzenflamme oder einem heißen Lötkolben zu erwärmen. Die Anzeige des Spannungsmessers steigt dabei schnell auf bis zu mehrere Hundert Millivolt an. Stellvertretend sind hier die Messergebnisse für einen Kondensator angegeben: Typ Kapazität Temperatur Leerlaufspannung Kurzschlussstrom Innenwiderstand Bemerkung

Al-Elektrolytkondensator C = 100 ` F ‰ » 120 °C U0 = 230 mV IK = 0,5 ` A 230mV Rq » = 460k / (genauer Wert siehe Kapitel 1.3) 0,5 ` A Verständlicherweise war der Kondensator aufgrund der hohen Temperatur hinterher nicht mehr zu gebrauchen.

Mehr zu dieser Eigenschaft von Kondensatoren in Kapitel 1.3. Da Peltier-Elemente prinzipiell gleich aufgebaut sind wie Thermoelemente, kann man mit ihnen auch Elektrizität erzeugen. In den gängigen Elektronikkatalogen und -läden sind Thermoelemente für energietechnische Zwecke meist ohnehin nicht erhältlich. Man bekommt dort zwar auch Thermoelemente, diese sind aber nur für Messzwecke gedacht. Deshalb wird man meist auf Peltier-Elemente zurückgreifen müssen. Auch hier seien stellvertretend für verschiedene Peltier-Elemente die Messergebnisse für einen bestimmten Typ angegeben (siehe Abbildung 1.4):

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10 Stichwortverzeichnis A Adressen 85 Aerosole 66 Ägypten 35 Akkuladeschaltung 27 Alchemie 72 Allelektrik 72 Allphysik 35, 72 Alpha 47 Aluminiumbügel 20 Ankh 46 Anzeigevorrichtung 34 Äther 75 Atom 77 Atommoleküle 77 Austrittsarbeit 29 B Batterie 32 Baumwollgewebe 49 Berührungsspannung 29 Betriebsanzeige 35 Bioalkohol 26 Biogas 28 Biogastechnologie 28 Blitz 42 C Chemie

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D Dendera-Reliefs Deuterium 62

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Dichte 78 Dielektrikum 29 Dr. Wilhelm Reich 63 Drehstromgenerator 52 Dreieck 71 E Elektroden 33 Elektrolytkondensator 30 Elektromagnet 52 Elektrostatische Ladungen 33 ELF-Bereich 37 Energieeinsparung 80 Erdbatterie 49 F Farbklecks 71 Fibonacci-Spirale 73 Fraktale 70 Freie Energie 52 G Galvanische Elemente 49 Gehirnströme 36 Generator 28 Gesamtwirkungsgrad 11 Gewicht 78 Gitterkondensatoren 34 Glaubensgemeinschaft 32 Gleichrichter 34 Gleichspannungsmesser 30 Gleichstrommotor 52

12 Stichwortverzeichnis

Graetzschaltung 52 Gravitation 73, 74 Gravitationsfeld 35 Gravitationsgefälle 68

Lichtmauer 75 Lichtphysik 78 Lorentz-Kraft 75 Luftspule 47

H Himmlische Elektrizität 42 Hochspannung 47 Hochspannungsfotografie 41 Höhenstrahlung 43

M Magnetismus 74 Magnetohydrodynamischer Generator 38 Mandelbrotbäumchen 71 Masse 78 Materie 76, 78 Methernitha 32 Meldelampen 34 Mikroorganismen 28 Möbius-Schleife 36 Molekül-Atomverbindungen 77

I Impulserhaltungssatz 70 Induktion 75 Influenzmaschine 33 Isotop 77 K Kapazität 30 Kelvinprinzip 35 Kernenergie 62 Kernenergiekonversion 62 Kirlian-Aufnahmen 81 Kirlianfotografie 41 Kochtopf 16 3-KomponentenMethode 36 Kondensator 15, 29, 30 Kontaktelektrizität 29 Korona 41, 67 Krankheiten 64 Kreis 70 Kreisbahn 68 Kugelblitz 66 L Ladungsdichte 66 Lampen 47 Laufrad Perpetuum mobile Lebensenergie 63 Licht 76

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N Naturkräfte 75 Neuartiger Energiekonverter 52 Neue Physik 75 Neutronen 77 Niederfrequenter Magnetismus 36 Notstromaggregat 26 O Omega 47 Orgon 63, 65 Orgonakkumulator 63, 74 Orgonenergie 63 P Patient 64 Peltier-Element 78 Phasenwinkel 73 Photonen 77 Photonen-Schwingungsphysik 78 Plasmakugel 67 Plasmalampen 47

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12 Stichwortverzeichnis

Podkletnov-Experiment 68 Prähistorischer Energiekonverter 45 Protonen 77 Q Quantenphysik 78 Quellenwiderstand 31 Querbalken 47 Querspule 47 R Radionuklidbatterien 13 Rasenmäher 26 Raumresonanzstellen 74 Reduzenten 28 Relativistische Bewegungsenergie S Satelliten 68 Schöpfung 75 Schwebeteilchen 66 Schwingung 62 Schwingungen 76 SDI-Projekt 69 Seifenblase 67 Sekundärstrahlung 43 Selbstähnlichkeit 71 Skalarfeld 73 Solarzellen 68 Spannung 73 Spannungsmesser 30 Spannungsreihe 29 Spielzeugdampfmaschine Spule 46 Strom 73 Stubblefield 49 Supraleiter 68

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T Taster 33 Teilchenbeschleuniger im Weltall 68 Teilchenstrom 69 Temperaturdifferenz 39 Testatica 32, 33, 49 Thermodynamik 78 Thermoelement 13, 14, 18 Thermogenerator 20 Thermomodul 19, 20 Thermospannung 13, 39 Thermovoltaik 12, 14, 16 Tragflächenprofil 37 U Überspannungsableiter 44 ULF-Bereich 37 Universelles Gesetz 76 V Verbrennungskraftmaschine 28 Volumen 78 W Wärmelehre 78 Wasserkühlung 40 Wasserstoffatom 62 Weltbild 78 Wirbelströmung 73 Wirkungsgrad 11

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Z Zeitfeld 73 Zirkel 70 Zukunftsaussichten 81