Energieumwandlungen und Exergie

Nach dem ersten Hauptsatz der Thermodynamik bleibt die Energie in einem abgeschlossenen System konstant. Da man jedes nicht abgeschlossene System durch Hinzunahme der Umgebung in ein abgeschlossenes verwandeln kann, ist es stets möglich, ein System zu bilden, in dem während eines thermodynamischen Prozesses Energie weder erzeugt noch vernichtet werden kann. Ein Energieverlust ist daher nicht möglich. Durch einen thermodynamischen Prozess wird lediglich Energie umgewandelt. Führt man beispielsweise einem System Wärme zu ohne Verrichtung von Arbeit, so muss sich die innere Energie um den Anteil der zugeführten Wärme erhöhen.Wird von einem System Arbeit verrichtet, so wird ein gleichgroßer Anteil einer anderen Energie verbraucht. Nach dem ersten Hauptsatz entsteht also der Eindruck, als seien alle Energien gleichwertig. Aus Erfahrung wissen wir aber, dass man die einzelnen Energieformen unterschiedlich bewerten muss. So sind die gewaltigen, in der uns umgebenden Atmosphäre gespeicherten Energien praktisch nutzlos. Man kann sie weder zum Heizen von Gebäuden noch zum Antrieb von Fahrzeugen verwerten. Auch die Bewegungsenergie der Erde kann man nicht beeinflussen und in andere Energien umwandeln, da man zu diesem Zweck gleichgroße und entgegengesetzt gerichtete Reaktionen an anderen Körpern erzeugen müsste. Bewegt sich hingegen ein Körper mit einer Relativgeschwindigkeit zu einem anderen, so kann Arbeit verrichtet werden, bis sich beide Körper relativ zueinander in Ruhe befinden. Man denke etwa an eine ortsfeste Maschine.