8.3 Energieverbrauch
Natürlich wird Energie auch beim Autofahren nicht "verbraucht", wie wir aus dem Energieerhaltungssatz gelernt haben. Aber die durch den Kraftstoff oder Strom zugeführte Energie wird in kinetische- manchmal Potentiell und in Wärmeenergie umgewandelt. Vor allem die Wärmeenergie ist dabei "verloren". Diese lässt sich nicht sammeln und wieder für eine weitere Anwendung verwenden.
Wie viel spart ein Tempolimit?
Eine in der Politik oft gestellte Frage: Bringt es etwas für die Umwelt, wenn auf Atobahnen ein Tempolimit eingeführt werden würde?
Um diese Frage zu klären, muss berechnet werden, wie viel Energie ein Auto verbraucht:
Wofür braucht ein Fahrzeug Energie?
Energie ist immer nötig, wenn Arbeit geleistet werden muss. Und Arbeit wird mit Kraft mal Weg berechnet: W = F·
Warum benötigt ein Fahrzeug Kraft?
Beschleunigen
- Ein Fahrzeug benötigt Kraft zum Beschleunigen. Je schwerer das Fahrzeug ist, um so mehr Kraft ist nötig, denn es gilt:
Fahrwiderstände
Rollreibung
- Jedes Fahrzeug, das sich auf Rädern fortbewegt, erfährt Rollreibung. Diese hat viele verschiedene Ursachen: Den Kontakt mit dem Untergrund, die Rauheit oder auch Klebrigkeit des Untergrundes, die Leichtläufigkeit der Radlager, die Verformung der Räder beim Abrollen usw. Die Rollreibungskraft ist
.
Luftwiderstand
- Beim Fahren muss sich das Fahrzeug gegen den Luftwiderstand anfahren. Wir erfahren den Luftwiderstand als Fahrtwind. Die Luftwiderstandskraft ist
.
Technik des Motors und Treibstoffart
- Die Technik eines Motors und der Treibstoff, der verwendet wird, führen zu einem ungewollten Energieverbrauch. So wird zum Beispiel bei Verbrennungsmotoren viel Energie in Form von Wärme abgegeben. Diese Wärme trägt aber nichts zu Fortbewegung des Fahrzeuges bei, diese Energie geht also für die reine Fortbewegung verloren. Um das zu berücksichtigen, verwendet man den Wirkungsgrad einer Maschine (s.u.).
- Die meisten Motoren haben außerdem ein Getriebe und mehrere Gänge. Je nach dem, welcher Gang gewählt wird, verbraucht ein Motor auch etwas mehr oder etwas weniger. Wir gehen im Folgenden aber von guten und energiebewussten Fahrer:innen aus, d.h. es wurde immer der optimale Gang gewählt. Diesen Punkt wollen wir also vernachlässigen.
Wirkungsgrad η
Der Wirkungsgrad einer Maschine ist das Verhältnis der Nutzenergie zur Gesamtenergie und wird in Prozent angegeben:
Bei einem Auto, das mit konstanter Geschwindigkeit fährt, ist der Wirkungsgrad die Energie für die reine Fortbewegung geteilt durch die Energie, die durch den Kraftstoff zugeführt wird:
Beispiele für Wirkungsgrade
Elektrofahrzeug 64% (hier sind Verluste durch das Laden der Batterie berücksichtigt)
- Dieselmotor 45%
- Benzinmotor 20%
- Elektroauto mit Brennstoffzelle: 30 %
- Hybridfahrzeug 25-30%
Ist also die Nutz-Energiemenge bekannt, die für die reine Fortbewegung benötigt wird (Kraft mal Weg), dann muss daraus noch die Gesamtenergie berechnet werden:
Gesamtenergie: 
Eigenschaften von Kraftstoffen
Wie viel Energie steckt im Kraftstoff? Um das zu beurteilen, braucht man bestimmte Kennwerte:
Quelle
https://kraftstoff-info.de/vergleich-der-kraftstoffe-nach-energiegehalt-und-dichte
Preis von Kraftstoffen
Wer das ganze nun auch noch in Geld umrechnen möchte, muss sich erst einmal nach dem altuellen Kraftstoffpreis informieren, z.B. bei
https://www.clever-tanken.de/
oder
https://www.benzinpreis-aktuell.de/
Eine Beispielrechnung
Wie viel Liter Diesel verbraucht ein Renault Megan Scénic, Baujahr 2011?
Backlinks:
2 Physikbücher:BGPhysik11-EP:8 Physik im Straßenverkehr