Elektrotechnik

Nach dem Ohmschen Gesetz erzeugt jeder stromdurchflossene Leiter, also nahezu jedes elektrotechnische Bauteil, eine Verlustwärme. Damit muss Abwärme aus jedem Elektrogerät und jeder elektrotechnischen Anlage abgeführt werden. In einem Elektromotor mindert neben mechanischer Reibung der bewegten Teile der Innenwiderstand der stromdurchflossenen Wicklung die über die Welle abgegebene mechanische Leistung ${\displaystyle P_{\mathrm {m} }}$. Für einen Elektromotor lässt sich daher ein Wirkungsgrad der Energiewandlung definieren, in den neben den Reibungsverlusten ${\displaystyle P_{\mu }}$ auch die Verlustleistung des Innenwiderstand ${\displaystyle R}$ der Spulen ${\displaystyle P_{R}}$ negativ eingeht.

${\displaystyle \eta _{\mathrm {m} }={\frac {P_{\mathrm {m} }}{P_{\mathrm {el} }}}={\frac {P_{\mathrm {el} }-P_{\mu }-P_{R}}{P_{\mathrm {el} }}}}$

In der Konsequenz werden auch Reibungsverluste in Abwärme umgewandelt (Dissipation), sodass die mechanische Leistung um die gesamte Abwärmeleistung

${\displaystyle {\dot {Q}}_{\mathrm {ab} }=P_{\mu }+P_{R}}$

vermindert wird:

${\displaystyle \eta _{\mathrm {m} }={\frac {P_{\mathrm {el} }-{\dot {Q}}_{\mathrm {ab} }}{P_{\mathrm {el} }}}=1-{\frac {{\dot {Q}}_{\mathrm {ab} }}{P_{\mathrm {el} }}}}$

Auf gleiche Weise kann man Verluste in anderen elektrotechnischen Energiewandlern als Abwärmeleistung berücksichtigen. Geräte der Informationstechnik (wie CPU, Router etc.) hingegen sind selten Energiewandler. Abgesehen von Umwandlungen in Schall oder elektromagnetische Strahlung (Licht, Radiowellen) zur Signalübertragung geben sie ihre aufgenommene elektrische Leistung vollständig als Abwärme ab. Ihre Effizienz lässt sich nicht in einem Wirkungsgrad ausdrücken, sondern wird vielmehr durch den Bedarf an elektrischer Energie bestimmt.

Beispiele

• Bei Glühlampen überwiegt die Abwärmeerzeugung bei weitem die Erzeugung von Licht. Ihr Wirkungsgrad liegt daher bei wenigen Prozent.
• CPUs wandeln die aufgenommene elektrische Leistung vollständig in Abwärmeleistung um. Da diese durch freie Konvektion nicht ausreichend abtransportiert wird, werden leistungsstarke Prozessorkühler eingesetzt.

Thermodynamik