Leistungsaufnahme = Verlustleistung?

[underclocker2k4]

@Erster Absatz
Denke ich auch. ^^

Die Photonen sind im sichtbaren Bereich definitv am Intensivsten. Sie leuchtet da also auch am hellsten.
Das "am hellsten leuchten" ist auch der Grund, warum man bei Wellenlängenangaben eben diese Wellenlänge angibt.
Sonnst mußte man ja sagten, leuchtet von bis. Es wird also das Photon mit der höchsten Häufigkeit angegeben.

Das gilt halt generell, nicht nur für die Glühbirne.

 

[Fairy Ultra]

die Frage stellung lässt sich doch viel einfach beantworten da muss man auch nicht so ins Detail gehen

Du ziehst eine Systemgrenze um den PC

der einzige Austausch mit der Umwelt erfolgt über die
Stromleitung => Leistungsaufnahme

Aus dem System geht nichts raus, kein Wärmeaustausch:

1.HS der Thermodynamik:
du = dw+dq
hier dq=0

du = dw

Wie teilt sich die elektrische Energie nun auf?
Zum Großteil in Verlustleistung (Wärme), aber auch ich nenne es mal wie oben "Rechenenergie" wie auch immer man sich das vorstellen soll.

Leistungsaufnahme = Verlustleistung + andere Energieformen

Leistungsaufnahme > Verlustleistung

wie die Prozentuale Aufteilung erfolgt ist eine Frage der Technik.

dennoch und darauf möchte ich wieder hinaus ist die TDP nicht gleich der Verlustleistung sondern ein Maß für Dimensionierung der Kühlleistung.

 

[supernaturality]

1. Wärmewirkung
2. Magnetische Wirkung
3. Lichtwirkung
4. Chemische Wirkung

Wäre 5. noch die "mechanische" Wirkung, sprich Elektrizität wird in mechanische Energie (Bewegungsenergie) umgesetzt (z.B. HDD, Lüfter, DVD, CD etc.). Spielt zumindest bei der Gesamtbewertung eines Systems mit rein. Ist aber eigentlich das Ergebnis von 2. (magnetische Wirkung).

 

[underclocker2k4]

Strom hat keine mechanische Wirkung.
Es geht um Wirkungen, die der Strom direkt hervorruft und der Strom ist nicht in der Lage wirklich etwas mechanisch zu bewirken.
Lichtwirkung ist zB nicht die Glühbirne, denn in der Glühbirne ist es Wärmewirkung.
(evtl nochmal im Netz über die Wirkungen des Stromes informieren, evtl wirds dann etwas klarer.

Wie du richtig geschreiben hast, ist es das Resultat der magnetischen Wrikung.
Mechanische Wirkung,wie du es meinst, gibt es beim Strom in KEINEM Fall.

Man könnte sich hinstellen und sagen, wenn ich Elektronen mit fester Materie wechselwirken lasse, könnte man die Materie bewegen, aber sowas hat bisher zu keiner technischen Umsetzung geführt, da der Energieaufwand für sowas die Möglichkeiten übersteigt.

 

[supernaturality]

Stimmt so auch nicht ganz (evtl. noch mal im Physikbuch nachschlagen).
Aber mein Fehler war - ok - es sollte mechanische Arbeit nicht Wirkung heißen, hervorgerufen durch Magnetismus, ich wollt eh malwieder den Bogen zum TE schließen, dem geht's ja auch um's "Endprodukt".

 

[underclocker2k4]

Was stimmt nicht ganz?

Elektronen bzw Strom kann nicht zum Verrichten von mechanischer Arbeit herrangezogen werden.
Es wird sich der magnetischen Wirkung bedient und diese wird dann in mechanische Arbeit umgesetzt.
Elektronen sind nicht direkt in der Lage mechanische Arbeit zu verrichten.

Analog zu dem Glühbirnenproblem.

In einer Glühbirne ist (fast) keine Lichtwirkung der Elektronen vorhanden. Das meiste (knapp 100%) ist Wärmewirkung. Diese Wärme wird dann erst im 2. Schritt in Licht umgewandelt.
Also ist keine direkte Lichtwirkung der Elektronen vorhanden.

Es geht um die unmittelbare Wirkung.

 

[clonez]

@ ursprüngliche fragestellung

da in einem pc keine "arbeit" nach den üblichen maßstäben geleistet wird (erhöhung von potentieller energie) wird zwangsläufig alle energie, die hineingesteckt wird, in irgend einer weise (durch reibung von elektronen in leitern oder mechanische reibung) in wärmeenergie umgeformt und somit entwertet

 

[underclocker2k4]

Wieso muß denn Arbeit verrichten etwas mit Mechanik zu tun haben? (Erhöhung potentieller Energie?)

 

[Mandel]

Wenn ich das hier so lese glaub ich, dass viele Probleme die der ein oder andere sieht zT nur durch unklare Begriffe entstehen.

Ob die Elektronen DIREKT kein Licht abgeben würde ich jetzt tatsächlich bezweifeln. Der Prozess der Umwandlung von elektrischer Energie in em-Strahlung in der Glühbirne ist glaub ich, wenn man es im Detail erklären möchte gar nicht soooo einfach wie es sich manch einer vorstellt...

PS: Arbeit im herkömmlichen Sinne wird im PC ja durchaus verrichtet (Lüfter, HDD, ...).
Um mich aber auf den ersten Abschnitt in diesem Post zu beziehen: Im thermodynamischen Sinn muss der Arbeitsterm dW nicht aus Arbeit bestehen, wie man sie verrichtet, wenn man etwas hebt. Arbeit kann auch mit Magnetfeldern und vielem Mehr zu tun haben. Arbeit ist dann alles, was keine Wärme ist, kurz gesagt

 

[supernaturality]

Wenn ich das hier so lese glaub ich, dass viele Probleme die der ein oder andere sieht zT nur durch unklare Begriffe entstehen.

Das glaube ich aus. Darüber hinaus befinden wir uns längst nicht mehr bei der Frage des TE, da die Profilierungsgelüste Einzelner hier (wie fast jedem Thread) mittlerweile im Vordergrund stehen.

Eine Frage, wenn ein Rechner gar keine Arbeit verrichtet, wozu haben ihn die meisten dann daheim? Nur wegen der Wirkung? Magnetismus im Wohnzimmer?

Gemäß dem topic geht es eigentlich doch weniger darum, wie ein Wolframdraht Licht erzeugt oder welche Wirkungen Strom im allgemeinen hat. Ich meine, mich entsinnen zu können, dass der TE sinngemäß fragte, wo denn die Energie bleibt, die zum Netzteil reinschwirrt. Und besonders mit Blick auf die TDP die Frage, was außer Wärme noch bei rumkommt. Wie definiert man "Arbeit" (jawohl Arbeit, nicht Wirkung) der CPU - sprich, das "Rechnen". Ist das auch alles einfach nur Wärme, oder Magnetismus, oder, oder, oder. Vllt. kann der Thread ja wieder darauf zurückkommen.

 

[Mandel]

Also ich glaube, man kann ruhigen Gewissens sagen, dass ein PC 99% der elektrischen Energie in Wärme umgewandelt werden. Ich betrachte dabei das Case. Ich schau mir an was rein geht (elektrische Energie) und was raus kommt (warme Luft). Das restliche Prozent fällt wohl auf ein wenig Arbeit ab (die Luft wird ja raus gepustet ) und ein wenig em-Feldenergie.

Eine Frage, wenn ein Rechner gar keine Arbeit verrichtet, wozu haben ihn die meisten dann daheim? Nur wegen der Wirkung? Magnetismus im Wohnzimmer?

Ja, was macht ein PC nun eigentlich? Irgendwas macht er ja trotzdem, sonst könnte ich mir ja auch einen Ofen ins Zimmer stellen
Da sollte man wohl mal jemand Fragen, der sich mit Thermodynamik und statistischer Physik besser auskennt.

Ich würde aber mal bisschen in den Raum spekulieren.
Ein PC arbeitet ja mit Informationen. Dieser Begriff kann in der Thermodynamik auch mit der Entropie beschrieben werden (2.HS). Entropie ist ein Maß für die Unbestimmtheit eines Systems. Da ein PC mit "bestimmten" Informationen arbeitet wird die Entropie im PC (also lokal) minimiert werden.
Global gesehen wird aber die Entropie vergrößert. Dies geschieht über die abgegebene Wärme. Aber um darüber sinnvoll diskutieren zu können, muss man sich schon etwas auskennen...

 

[Andy65]

Okay wir nehmen ein physik-lehrbuch da wird das bestimmt auch alles drin stehen!
Oder wiki hilft weiter aber letztendlich war es die frage ob ein rechner restlos alle energie(leistungsaufnahme) die er aufnimmt über die verlustleistung(Wärme)ableitet.
Und ich sage mit steigender wärme der halbleiter sowie jeglicher leiter steigt der widerstand damit die abwärme. Wie wäre es den mit sogenannten supraleitern welche keine abwärme produzieren und was geschieht mit der genutzten energie?
Letztendlich geht ja auch eine teil der energie wieder raus aus dem rechner damit der stromkreis geschlossen bleibt den es heißt ja auch das der strom fließt!!!

 

[Mandel]

Okay wir nehmen ein physik-lehrbuch da wird das bestimmt auch alles drin stehen!
Oder wiki hilft weiter...

Wenn das alles so einfach wäre

... aber letztendlich war es die frage ob ein rechner restlos alle energie(leistungsaufnahme) die er aufnimmt über die verlustleistung(Wärme)ableitet.

Der Rechner sicher nicht ganz, aber die CPU setzt mit Sicherheit praktisch die gesamte aufgenommene Energie in Wärme um!

Und ich sage mit steigender wärme der halbleiter sowie jeglicher leiter steigt der widerstand damit die abwärme. Wie wäre es den mit sogenannten supraleitern welche keine abwärme produzieren und was geschieht mit der genutzten energie?

Abgesehen davon, dass es auch Materialien gibt, deren Widerstand mit steigender Temperatur sinkt eignen sich Supraleiter AFAIK nicht, da man daraus einfach keine Transistoren herstellen kann. Du brauchst dazu schaltbare PN-Übergange. Diese kannst du mit Supraleitern nicht konstruieren.
Es sei denn du schaffst es, einen Supraleiter in Sekundenbruchteilen zwischen supraleitenden und isolierenden Zustand hin und her schalten zu lassen. Was aber auch das Problem bringt, dass dann die CPU auf um die -90°C gekühlt werden müsste (und die nennen sich dann noch Hochtemperatursupraleiter ). Und solche Kühlmaschinen haben einen Wirkungsgrad, der erschreckend schlecht ist...

Letztendlich geht ja auch eine teil der energie wieder raus aus dem rechner damit der stromkreis geschlossen bleibt den es heißt ja auch das der strom fließt!!!

Naja... Du meinst, dass die Elektronen wieder raus "fließen". Klar, müssen sie ja. Aber die Energie die das Netzteil umsetzt bleibt schon im Rechner
Man sollte jetzt Stromfluss nicht mit genutzter Energie gleich setzen...

 

[ToWiKA]

Eine Frage, wenn ein Rechner gar keine Arbeit verrichtet, wozu haben ihn die meisten dann daheim? Nur wegen der Wirkung? Magnetismus im Wohnzimmer?

Gemäß dem topic geht es eigentlich doch weniger darum, wie ein Wolframdraht Licht erzeugt oder welche Wirkungen Strom im allgemeinen hat. Ich meine, mich entsinnen zu können, dass der TE sinngemäß fragte, wo denn die Energie bleibt, die zum Netzteil reinschwirrt. Und besonders mit Blick auf die TDP die Frage, was außer Wärme noch bei rumkommt. Wie definiert man "Arbeit" (jawohl Arbeit, nicht Wirkung) der CPU - sprich, das "Rechnen". Ist das auch alles einfach nur Wärme, oder Magnetismus, oder, oder, oder. Vllt. kann der Thread ja wieder darauf zurückkommen.

Die Arbeit, die die CPU verrichtet, ist ausschließlich elektrische Arbeit, die in Wärme gewandelt wird, abgesehen vom dabei entstehenden Magnetismus. Die "Rechenarbeit" fällt nebenbei ab, wie gesagt, es handelt sich dabei nicht um Energie, die ich irgendwie sonst nutzen oder umwandeln kann. Somit gehen praktisch 100% der zugeführten Leistung auch verloren. Und das gilt auch für GPU, Chipsatz u.ä..

Das ist wie damals in der Grundschule mit der Rechenmaschine (hieß das Teil mit den Perlen so!? kA oder Rechenschieber):

Der Anwender steckt (Bewegungs-) Energie für das Verschieben der Perlen in die Maschine und erhält nebenbei das Rechenergebnis. Die reingesteckte Leistung geht aber nur bei der Reibung der Perlen auf den Stangen verloren.
Nichts anderes ist es bei der CPU, nur eben, daß el. Energie verbraten wird.

 

[Fairy Ultra]

Du meinst einen Abakus, und ja das Beispiel ist gut.

 

[supernaturality]

@ Mandel
Genau das ist der interessante Punkt, wie bzw. wo genau ordnet man die "Verarbeitung von Informationen" ein. Wäre es nur Wärme, würde die Gleichung nach meinem Empfinden nicht ganz aufgehen. Siehe Beitrag von ToWIKA.

@ ToWIKA
Das ist ein guter Ansatz, aber ganz so "hundertprozentig" kanns nicht sein, das läßt schlicht der "Energieerhaltungssatz" nicht zu. Soll heißen, ein PC wäre nur eine "Wärmepumpe", bei der nebenbei noch aus 1 + 1 gleich 2 wird oder einfach der Monitor bunt ist. Aus der Physik wissen wir, dass alles, auch ein ruhender Körper Energie hat/ist, mindestens die seines Gewichtes (Erdanziehung), mit welcher er etwas "ausrichten/verändern" kann. Die Wärmeenergie spielt hier sicher die absolut größte Rolle, wären es aber ganze 100%, dürfte demnach nur warme Luft entstehen, und auf dem Monitor wäre kein "Informationsergebnis" zu sehen.
Ein Haartrockner z.B. wandelt elektrische Energie in Wärme und Magnetismus um, wobei der Magnetismus in einer mechanischen Drehbewegung des Lüfters mündet. Aber endet hier der Energiekreislauf? Nein ,es gibt eine weitere Stufe, nämlich die, das auch noch Luftmassen bewegt werden (Kinematik). Es ist also ein sehr komplexes Gebilde, der Energiekreislauf. Und auch bei Deinem anschaulichen Beispiel des Abakus ist es nicht die Wärme, welche zu einer Information (Rechenergebnis) führt, es ist vielmehr die Bewegungsenergie in den kleinen Kugeln für den Moment des Verschiebens auf der Stange, welche den Informationsgehalt liefert. Die Wärme ist gerade bei diesem Beispiel hier eine unnütze Begleiterscheinung.
Aber nochmal, wo genau platziert man in diesem Kreislauf die Komponente "Informationsgehalt"?
Ich stelle auch immer wieder fest, dass man sehr auf die Termini und deren Zusammenhänge achten muß, um nicht versehentlich Energie-Wirkung-Arbeit in ungenaue Konstellationen zu bringen.

Alles in allem ein sehr interessanter Thread mit guten Anregungen.

 

[Andy65]

Der Anwender steckt (Bewegungs-) Energie für das Verschieben der Perlen in die Maschine und erhält nebenbei das Rechenergebnis. Die reingesteckte Leistung geht aber nur bei der Reibung der Perlen auf den Stangen verloren.
Nichts anderes ist es bei der CPU, nur eben, daß el. Energie verbraten wird.

Ja du sagst es der anwender bewegt die perlen, ist physikalisch: kraft mal weg = arbeit.
Und rum kommen dabei newton als einheit für die energie, die aufgebrachte energie kannst du da ja auch sehen und sie hat einen wirkungsgrad einmal das ergebnis und einmal die bewegung.
Und selbst da entsteht wenn du jetzt syntetische materialien verwendest wieder energie.
Unter der statischen aufladung!
Die abwärme die sogenannte verlustleistung ist ja im eigentlichen sinne keine verlustleistung. Keine energie geht verloren.

 

[ToWiKA]

Ja du sagst es der anwender bewegt die perlen, ist physikalisch: kraft mal weg = arbeit.
Und rum kommen dabei newton als einheit für die energie, die aufgebrachte energie kannst du da ja auch sehen und sie hat einen wirkungsgrad einmal das ergebnis und einmal die bewegung.
Und selbst da entsteht wenn du jetzt syntetische materialien verwendest wieder energie.
Unter der statische aufladung!
Die abwärme die sogenannte verlustleistung ist ja im eigentlichen sinne keine verlustleistung. Keine energie geht verloren.

Die Verlustleistung geht natürlich nicht verloren, sondern wird umgewandelt (umgangssprachlicher Begriff).

Newton ist die Einheit für Kraft. Energie hat die Einheiten Joule, Newtonmeter oder auch Wattsekunden.

 

[Andy65]

Zitat von underclocker2k4: Elektronen bzw Strom kann nicht zum Verrichten von mechanischer Arbeit herrangezogen werden.
Es wird sich der magnetischen Wirkung bedient und diese wird dann in mechanische Arbeit umgesetzt.
Elektronen sind nicht direkt in der Lage mechanische Arbeit zu verrichten.

Meine irgendwo mal gelesen zu haben, daß im bereich der nano technologie bereits elektroden mechanische arbeit verrichten??
Hinzugefügter Post:
Sorry wie fügt man eigentlich den usernamen für zitate ein?
Hinzugefügter Post:
Wollte nochmal was hinzufügen selbst photonen, die sogesehen fast keine masse besitzen, sind in der lage mechanische arbeit zu verrichten. Gut dadurch das im all sogut wie kein reibungswiderstand herrscht kann dort ein sonnensegel auch funktionieren, was auf der erde wohl nicht so ohne weiteres gehen würde.

 

[Mandel]

@ Mandel
Genau das ist der interessante Punkt, wie bzw. wo genau ordnet man die "Verarbeitung von Informationen" ein. Wäre es nur Wärme, würde die Gleichung nach meinem Empfinden nicht ganz aufgehen. Siehe Beitrag von ToWIKA.

Naja, warum nicht. Ziehen wir mal einen Kasten nur um die CPU. Es geht elektrische Energie rein und es kommt Wärme raus.
-> dW (el. Energie) = -dQ (Wärme) {die Innere Energie ändert sich ja nicht, dU=0}
Der einzige weitere Austausch mit der Umgebung geschieht durch elektrische Signale. Diese "fließen" sowohl hinein, als auch hinaus. Ich wäre einfach mal so dreist und würde daher behaupten, dass die reine Energiebilanz hier 0 ist.

Ich glaube hier wird zu sehr auf dem ersten HS rumgetreten. Wenn Information im Spiel ist, ist aber der aber allein unzureichend. Darüber macht er nämlich keine Aussage!
Wichtig ist hier die Entropie, Zugegeben ein deutlich ungriffigerer und unintuitiver Begriff als die Energie hier aber entscheident.
Hier werden informationen geordnet. Der Abakus ist ein tolles Beispiel. Es wird energie rein gesteckt, diese wird in Wärme umgewandelt und bei diesem Prozess wird etwas geordnet (gerechnet). 100% der Arbeit werden hier in Wärme umgewandelt. Würde in der Information Energie stecken, dann MUSS man diese wieder in Arbeit oder Wärme umwandeln können. Das ist aber nicht der Fall.
Alle natürlichen Prozesse streben den Zustand der geringsten Energie an. Demnach müsste Information mit der Zeit automatisch zerfallen. Oder ein beschriebenes Buch müsste länger brennen, als ein leeres
Das ist verständlicherweise Unsinn.
Genau so verhält es sich mit einer CPU. Energie rein -> Informationsverarbeitung -> Energie raus ...
Wobei man hier noch beachten sollte das der Teil, der wirklich für die Informationsbearbeitung verwendet wird sehr gering ist im Vergleich zur Gesamtenergie. Ein Teil geht wirklcih wie durch einen Ohmschen Widerstand einfach so in Wärme über.

 

[Andy65]

http://www.bsi.bund.de/literat/studien/nanotech/Nanotechnologie.pdf

Zitat aus der obrigen pdf:
Phantastisch anmutend ist die Idee eines rein mechanischen Computers, dessen logische Gatter aus beweglichen Teilen in Nanogröße bestehen. Da in atomaren Dimensionen nahezu keine Trägheit herrscht, kann ein solches nanomechanisches System mit sehr hohen Geschwindigkeiten arbeiten. Quantenmechanische Rechnungen zeigen, dass dabei so gut wie keine Reibung entsteht und die frei werdende thermische Energie daher gering ist.

Das wäre dann wohl ein abakus auf nanoebene?

 

[underclocker2k4]

Dass Elektronen machanischen Arbeit verrichten, wissen wir. Der Stoß mit dem Atom führt zur Schwingung-> mechanische Arbeit. (Das habe ich oben schon angedeutet)

Aber die Energie, die ein Elektron hat, reicht einfach nicht aus um etwas (auf der Erde) zu bewegen. Denn sonnst würden deine Stromleitungen in der Wand, oder in der Erde, munter durch die Gegend wandern.

EDIT:
Und wenn man die Elektronenmigration nimmt, verrichten Elektronen schon Arbeit, aber diese ist doch so minimal, dass man sie vernachlässigen kann, oder?

Außerdem dürfte die mechanische Wirkung von Elekronen ehr eine zerstörerische sein(Elektronenmigration). Denn ein Elektronen sind nicht in der Lage auf eine Fläche zu wirken. Sie sind so klein, dass sie lediglich mit Atomen wechselwirken können. Man müßte also Elektronen alle Gleichzeitig mit jedem Atom eines Körpers wechselwirken lassen(mit dem gleichen Vektor), damit sich dieser Körper bewegt.