zum Directory-modus

Carnot'scher KreisprozessZoomA-Z

Fachgebiet - Thermodynamik

Der von dem französischen Physiker Sadi Carnot beschriebene hypothetische Prozess bildet die Grundlage des später formulierten 2. Hauptsatzes (2. Hauptsatz der Thermodynamik).

Der Carnot'sche Kreisprozess setzt sich aus zwei isothermischen und zwei adiabatischen Zustandsänderungen eines idealen Gases (ideale Gase) zusammen:

Abb.1
Carnot'scher Kreisprozess

AB: Isotherme Expansion bei Temperatur T1>T2 (ideales Gas nimmt die Wärmemenge Q1 auf):

Q1=RT1lnV2V1>0R=allgemeine GaskonstanteV1,V2=molare Volumina

BC: Adiabatische Expansion (kein Wärmeaustausch):

W1=CV(T2T1)<0

CD: Isotherme Kompression bei Temperatur T2<T1 (ideales Gas gibt die Wärmemenge Q2 ab):

Q2=RT2lnV4V3<0V3,V4=molare Volumina

DA: Adiabatische Kompression (kein Wärmeaustausch):

W2=CV(T1T2)>0

In allen vier Phasen des Prozesses wird mechanische Energie erzeugt beziehungsweise verbraucht. Die insgesamt gewonnene mechanische Energie nach Durchlaufen des Kreisprozesses ist nur von der zugeführten und abgeführten Wärmemenge oder von den Temperaturen der Wärmereservoire abhängig:

η=|W|Q=Q1Q2Q1=T1T2T1<1Q1>Q2η=Wirkungsgrad|W|=Betrag der gewonnenen ArbeitQ=zugeführte Wärme

Bei Temperaturen größer als 0 K liegt der Carnot-Wirkungsgrad immer unter 1. Das bedeutet, es gibt keine reale Maschine, die während eines Kreisprozesses lediglich einem Reservoir Wärme entzieht und diese vollständig in Arbeit umsetzt (Unmöglichkeit eines Perpetuum mobile zweiter Art). Der Carnot'sche Kreisprozess stellt den idealen Ablauf einer Wärmekraftmaschine dar; in umgekehrter Richtung durchlaufen ist er eine ideale Wärmepumpe / Kältemaschine:

εw=|Q|W=Q1Q1Q2=T1T1T2=1ηεk=QW=Q2Q1Q2=T2T1T2εw=Güteziffer einer Wärmepumpe|Q|=Betrag der abgeführten WärmeW=zugeführte Arbeitεk=Güteziffer einer KältemaschineQ=zugeführte WärmeW=zugeführte Arbeit

Lerneinheiten, in denen der Begriff behandelt wird

2. Hauptsatz der Thermodynamik - WärmekraftmaschinenLevel 245 min.

ChemiePhysikalische ChemieThermodynamik

Ein wichtiges Teilgebiet der Thermodynamik beschäftigt sich mit der Frage, wieviel Arbeit aus einer gegebenen Wärme erzeugt werden kann. Ihre Beantwortung erscheint dem Chemiker zunächst fern seiner Wissenschaft. Sie führte jedoch im 19. Jh. auf den 2. Hauptsatzes der Thermodynamik und die extensive Zustandsvariable Entropie, die sich als grundlegend für die Theorie des chemischen Gleichgewichts erwiesen und heute ein Eckpfeiler der chemischen Thermodynamik darstellen. Die Lerneinheit behandelt den zentralen Punkt dieser Entwicklung, die Carnot-Maschine. Sie gehört zum klassischen Bildungskanon des Naturwissenschaftlers, führte sie doch auf die Entropie und die thermodynamische Temperaturskala.

Thermodynamische MaschinenLevel 190 min.

ChemiePhysikalische ChemieThermodynamik

In der Lerneinheit werden zunächst die verschiedenen Kreisprozesse gezeigt, z.B. der Carnot-Prozess, Stirling-Prozess, Joule- oder Brayton-Prozess, Ericson-Prozess sowie Otto- und Diesel-Zyklus. Dannach werden jeweils die Wirkungsgrade der Prozesse berechnet. Es werden Wärmepumpen und Dampfmaschinen vorgestellt und die verschiedenen Typen miteinander verglichen.