Warum ein Auto sich nicht selbst mit einem Magnet ziehen kann

Windrad am Elektroauto: Warum das die Batterie nicht lädt

Ein Elektroauto mit einem Windrad auf dem Dach lädt sich nicht selbst auf. Elon Musk hat dies mit einem kurzen Tweet bestätigt – „Auch ein Windrad auf einem E-Auto funktioniert nicht“ – und damit eine Diskussion wiederbelebt, die in Ingenieurskreisen seit Jahren kursiert: die Idee eines Magneten an einer Stange auf der Motorhaube, der angeblich das Fahrzeug zieht, an dem er befestigt ist. Keine der beiden Ideen funktioniert. Der Grund ist derselbe: Es gibt kein Geheimnis hinter Newtons drittem Gesetz und einer resultierenden Kraft, die immer null ergibt.

Warum kann ein Magnet das Auto nicht ziehen, an dem er befestigt ist?

Weil alle wirkenden Kräfte intern im System sind und sich gegenseitig aufheben. Die Argumentation, wie sie in der Diskussion detailliert ausgeführt wurde, ist einfach: Die Kraft, die der Magnet nach vorne auf die Karosserie ausübt, wird durch die Reaktion der Karosserie auf die Stange und den Magnet kompensiert. Zusammen ergibt das null. Der Impuls des Gesamtsystems ändert sich nicht, und das Fahrzeug setzt sich nicht in Bewegung. Um sich zu bewegen, müsste etwas von außen drücken oder ziehen.

Dieser Fall hat literarische Vorbilder: Der Baron von Münchhausen, der der Legende nach sein Pferd samt Reiter aus dem Sumpf zog, indem er sich an seinen eigenen Haaren festhielt. Der Zopf des Barons entspricht dem Magneten auf der Motorhaube, der Sumpf der Physik. Auch eine Version mit mehreren Autos wurde vorgeschlagen – ein Magnet im vorderen Auto zieht das hintere, und so weiter –, was nichts löst, da jedes Paar dasselbe Problem hat.

Ersetzt man den Magneten durch ein Windrad, klappt es auch nicht

Auf den ersten Blick scheint es möglich, aber hier liegt der Fehler. Das Windrad erzeugt tatsächlich Strom: Das Auto fährt, Luft bewegt die Flügel, Strom fließt. Aber diese Energie stammt aus der Bewegung des Fahrzeugs selbst, nicht von einem kostenlosen Wind. Die Bilanz wird negativ, sobald man die Wirkungsgrade berücksichtigt. Ein großes Windrad, wie man es neben Autobahnen sieht, erreicht im besten Fall etwa 50% Wirkungsgrad; ein kleines am Auto kommt nicht annähernd heran. Der Elektromotor hingegen arbeitet bei 90%.

Die Arithmetik ist unerbittlich. Für jede Einheit Energie, die das Auto dem Windrad als Widerstand entzieht, erhält es deutlich weniger als die Hälfte zurück, und verliert weitere 10%, wenn es diese in den Kreislauf einspeist. Hinzu kommt der Aufwand, das Gerät mitzuschleppen. Nach dieser Rechnung bleibt eine Nettoverlustbilanz, obwohl einige Teilnehmer argumentieren, dass das Windrad die Reichweite dennoch leicht verlängern könnte.

Der Wind vor der Windschutzscheibe ist keine kostenlose Energie

Hier liegt der intuitive Fehler, der alles erklärt. Wenn jemand die Hand aus dem Fenster eines fahrenden Autos hält, spürt er keinen Wind: Das Auto bewegt sich gegen relativ ruhige Luft. Es gibt keinen externen Input, den man nutzen könnte. Diese Luft bewegt sich nur relativ zum Auto, weil das Auto sich bewegt, und diese Bewegung zu nutzen – egal ob mit einem Windrad, einer Turbine oder sonstigem – bremst das Fahrzeug ab. Was extrahiert wird, stammt aus dem Tank oder der Batterie, unter Abzug von Effizienzverlusten.

Anders verhält es sich, wenn der Wind von der Atmosphäre kommt. Ein Segelboot kann schneller fahren als der Wind, der es antreibt: ein kontraintuitives, aber bekanntes Ergebnis und eine gute Erinnerung daran, dass solche Fragen durch Berechnungen und nicht durch bloße Anschauung gelöst werden.

Das Erklärvideo und der fehlgeschlagene Beweis

Ein Großteil des Austauschs drehte sich um ein Video, das versucht, die Sache mit Gleichungen und Physikern zu klären. Die häufigste Kritik richtet sich nicht gegen die Physik, sondern gegen den Abschluss: Der praktische Beweis am Ende des Videos wurde als Trick entlarvt. Und dieses Detail kontaminiert für manche das gesamte Video. Wenn das Ende ein Schwindel ist, warum sollte man den Rest als unwiderlegbar akzeptieren?

Andere sehen es genau umgekehrt: Das Video existiert gerade deshalb, um zu erklären, dass niemand die Thermodynamik verletzt, sondern dass der Ansatz von Anfang an falsch formuliert war. Die Frage sei, wie viel Energie aus dem Wind gewonnen werden kann und wie viel nötig ist, um das Fahrzeug zu bewegen, nicht ob ein Windrad einen Mühlenstein antreiben kann.

„Thermodynamik ist kein universelles Gesetz“

Im letzten Teil geht es nicht mehr um Magnete und Windräder, sondern darum, ob physikalische Gesetze wirklich Gesetze oder nur Theorien sind. Manche argumentieren, dass niemand jeden Winkel des Universums überprüft hat und die Rede von unveränderlichen Gesetzen überheblich sei; sie erinnern daran, dass Skeptiker auch prophezeiten, der Turbo werde nie funktionieren. Die meistzitierte Antwort: Man nimmt die Treppe statt aus dem Fenster zu springen, weil der unbewusste Teil des Gehirns das erste Newtonsche Gesetz verinnerlicht hat – und niemand tut dies aus Glauben.

Die Diskussion driftet hin zu Begriffsfragen – was ist eine Kraft, was ist eine Reaktion, warum unterscheidet man Masse und Energie – und zu einer wahren, aber für den Trick nutzlosen Idee: Im Rahmen der Quantenfeldtheorie wandelt sich Masse in Energie und umgekehrt, aber nicht in Mengen, die ein Auto zur Fortbewegung nutzen könnte.

Zwischen all dem bleibt eine unbeantwortete Frage hängen: Wenn Wasser beim Gefrieren sein Volumen vergrößert und Rohre sprengt, die hunderten Bar standhalten, woher kommt diese Kraft? Niemand hat das geklärt. Auch hat niemand erklärt, wie das Windrad auf dem Dach die Wirkungsgradverluste kompensieren soll, die es vom Motor trennen, den es speisen soll.