1. Einführung:

Wikipedia entnehmen wir:

Energieerhaltung gilt als wichtiges Prinzip aller Naturwissenschaften, das besagt:

Die Gesamtenergie in einem abgeschlossenen System bleibt konstant. (E_vor = E _nach)

Unter einem abgeschlossenen System versteht man ein System ohne Energie-, Informations- oder Stoffaustausch und ohne Wechselwirkung mit der Umgebung.

Der Energieerhaltungssatz lässt sich mit Hilfe des Noether – Theorems daraus ableiten, dass die für das System gültigen Gesetze der Physik nicht von der Zeit abhängen.

Das Noether – Theorem hat als logische (mathematische)Grundlage den CAUCHY´schen Integralsatz, der als Hauptsatz der Funktionentheorie gilt. Die exakte Formulierung dieses Satzes lautet (z.B aus v. Mangoldt – Knopp; Einführung in die höhere Mathematik, Band 3; 13 Auflage Hirzel Stuttgart 1967).

Ist die Funktion f(x) in einem einfach zusammenhängenden Gebiet G  regulär, so ist das Integral über     f(x) längs eines jeden in G liegenden geschlossenen Weges C gleich 0.

Ohne Kenntnis von mathematischen Definitionen wie reguläre Funktion u.a. vorauszusetzen, lautet er in etwa:

Das Integral über jeden geschlossenen, also stetigen und stückweise stetig differenzierbaren Kurvenzug  ist  Null.

Das Noether – Theorem interpretiert das dahin, daß eine wärend eines Kreisprozesses abgeführte Größe nur dann größer 0 sein kann, wenn vorher eine entsprechend große Größe zugeführt wurde!

2. Erläuterung von Funktion und Stetigkeit

Definitionen: 1. Wenn jedem Wert einer Veränderlichen x , der zum Wertebereich dieser Veränderlichen gehört, durch eine eindeutige Vorschrift je ein bestimmter Zahlenwert y zugeordnet ist, sagt man, y sei eine Funktion der Veränderlichen x oder kürzer, y sei eine Funktion von x (nach von Mangoldt-Knopp) 

2. Eine Funktion f  ist stetig in einem Punkt x_0, wenn für den Funktionswert y = f (x₀ )gilt lim f (x₀ + e)= lim f (x₀ – e); mit e geht gegen 0. Das heißt bei Annäherung an einen Punkt x₀ von beiden Seiten, muß der Funktionswert y = f (x₀ ) von beiden Seiten angenähert werden.

Stetigkeit ist die Normalität bei mathematischen Zuordnungsvorschriften. Aber es gibt Zuordnungsvorschriften die Unstetigkeiten hervorrufen!

Beispiel: f(x)= 1 für x > 2 und f(x)= – 3 für x<2. Dann ist f(2)nicht definiert.

Jede Funktion, die keine Unstetigkeitsstelle aufweist, heißt stetige Funktion.

3. Erläuterung: Stetige ,,Kreisprozesse´´

Grob kann man sich das etwa erklären, daß nach dem CAUCHY´schen Integralsatz das Integral über jeden geschlossenen, stetigen und stückweise stetig differenzierbaren Kurvenzug Null ist. Eine Energie kann daher einem Prozess nur dann entnommen werden, wenn eine Energie identischer Größe vorher zugeführt wurde:

3.a) Beispiel Wärmekraftprozess:

Fig.1: Wärmekraftmaschine

Als Beispiel für einen Energieprozess sei eine Wärmekraftmaschine gezeigt. Ein Wärmespeicher 1 der Temperatur T1 gebe Wärmemenge Q1 an eine Kraftmaschine ab. Diese Wärmekraftmaschine wandelt Wärme in mechanische Energie um und gibt zum einen mechanische Arbeit W nach außen ab und zum anderen die Wärmemenge Q2 < Q1 an die Umgebung ab. Dann läßt sich zeigen, daß W+Q2 = Q1.

3.b) Beispiel Ottoprozess:

Als Beispiel einer konkreten Anwendung sei der Ottomotor gezeigt:

Figur 2: Ottoprozess

Beim Ottomotor haben wir einen Kreisprozess, da jeder Prozessabschnitt sich stetig im p-V- Diagramm an den vorhergehenden Abschnitt anfügt. Bei diesem Prozess ist sofort einsehbar, daß jeder stetig differenzierbare Abschnitt  (z.B. Isochore beim  Zünden)sich stetig an die vorhergehende Verdichtungsadiabate anschließt. Beim Zünden und nachfolgenden Verbrennen des Benzins folgt der Motorinnendruck einer stetigen Funktion.

Analog sind Wasserkraftprozesse, Solar- und Windprozesse stetige Kraftprozesse, da jede genutzte Energie vorher in anderer Form in einem stetigen Kreisprozess zugeführt wurde!

4. Unstetige ,,Kreisprozesse´´

Nun gibt es aber  kaum bekannte Kreisprozesse, welche die Voraussetzung des CAUCHY´schen Integralsatzes nicht erfüllen, oder bekannte Prozesse, bei denen die Unstetigkeit nicht erkannt wurde:

4.1 Das SMOT

Als Beispiel für den ersten Fall  sei das SMOT genannt:

Dort wird eine Stahlkugel zwischen zwei Permanentmagneten ein Rampe hochgezogen und fällt aus dem Magnetfeld in ein nachfolgendes Magnetfeld, wo es die nächste Rampe hochgezogen wird. Bei jedem Fall aus dem Magnetfeld reissen die Magnetlinien an der Kugel ab, sodaß die Magnetkraft an der Kugel Null wird. Dies macht den Prozess unstetig.

Im Internet lassen sich Filme finden, bei denen eine Kugel einen geschlossenen Kreis entlanghoppelt.

Über ein Piezoelement am Aufschlagpunkt der Kugel ließe sich theoretisch Strom erzeugen.

Tatsächlich läßt sich aber nicht unendlich Strom erzeugen, da im Lauf der Zeit die Kugel magnetisiert wird.

4.2 Die elektrische Maschine

Bei jeder elektrischen Maschine ist der Kreisprozess unstetig, da ja jede schlagartige Stromumschaltung eines Elektro- motors oder entgegengesetzte Erregung eines Generators eine Unstetigkeitsstelle beim erregten Element darstellt.

Dieser ungewöhnliche Unterschied von elektrischen Prozessen gegenüber anderen Kraftprozessen, wurde bisher nicht erkannt.

Theoretischer Hintergrund: Verblüffender Nachweis einer Vermutung aus der Quantenphysik

Im Jahre 2009 wurde eine Vermutung aus den Anfangsjahren der Quantenphysik von amerikanischen und deutschen Physikern der YALE- University praktisch bewiesen, nämlich daß in Eisenringen im Mikrometerbereich permanente Ströme ohne sie erzeugende Spannungen fließen.

 In mikrometer-kleinen Metallringen fließt ständig ein Strom, ohne daß eine Spannung vorhanden ist Diese Vermutung aus den Anfangsjahren der Quantenphysik wurde von amerikanischen und deutschen Physikern im Jahre 2009 an der YALE – University im Experiment bewiesen. Die Existenz dieser Dauerströme ist auch für Fachleute insofern überraschend, da sie auch in normalen, nicht supraleitenden Materialien auftreten, in denen normalerweise ein Strom nur bei angelegter Spannung fließen kann. Die gemessenen Dauerströme beruhen auf einem Effekt der Quantenphysik, der die Bewegung von Elektronen in Metallen beeinflusst. Letztlich kann man sie sich als auf dem gleichen Effekt beruhend vorstellen, der die unaufhörliche Bewegung der Elektronen um den Atomkern bewirkt.

Diese “Mini-Ringströme” wurden von uns als die bisher in den “Weiß´schen Bezirken”vermuteten Elementarmagneten interpretiert. Diese  lassen sich durch ein im ferromagnetischen Kern  wirkendes Magnetfeld einer Spule ausrichten und so eine Verstärkung der Magnetkraft einer Spule mit Kern gegenüber einer Spule ohne Kern erreichen. Je nach Zahl der Ströme in der Volumeneinheitergibt sich die Permeabilitätszahl des ferromagnetischen Stoffes.

Da ein elekrischer Strom  elektrische Energie ist, haben wir also in ferromagnetischen Materialien Energie, die wir nutzen können.

Wir nutzen sie bereits seit über 100  Jahren in Form der Induktion, indem wir mit dem Magnetfeld einer elektrischen Spule um einen ferromagnetischen Kern diese “Elementarmagneten” parallel zum Magnetfeld der Spule ausrichten. Dafür benötigen wir einen fließenden Strom, um die Eisenströme zu drehen. Bei ausgerichteten Elementarmagneten rührt die benötigte Spannung  nurmehr aus dem Leiterwiderstand her.

Der fundamentale Unterschied dieses Prinzip zu anderen Energieprozessen besteht darin, daß wir bei normalen Energieprozessen eine Energieform in eine andere Energieform umwandeln. Bei der Induktion nutzen wir die Wirkung (das Magnetfeld)einer Energie,  eines spermanent fließenden Ringstromes, ohne diesen zu zerstören, also diese Energie zu verbrauchen.

Nachfolgend soll gezeigt werden, daß man die Nutzung der Wirkung der in ferromagnetischen Stoffen vorhandenen Energie mit anders aufgebauten Elektromotoren günstiger gestalten kann als mit heutigen Elektromotoren

Figur 3: Unstetige Funktion Wechselstrom

Beim E – Motor springt der Stromfluß in den Leitern bei Umschaltung von +1 auf -1 und erzeugt ein entgegengesetztes Magnetfeld zum vorherigen Magnetfeld um den Leiter. Dieses entgegengesetzte Magnetfeld in einer Leiterspule dreht die Elementarmagneten im Eisenkern der Spule in entgegengesetzter Richtung,allerdings stetig(Sägezahnfunktion).

Das Resultat dieses Betriebes ist damit eine stetige Erreger-  und unstetige Reaktorfunktion (Generator) oder unstetige  Erreger- und stetige Reaktorfunktion (Motor).