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2. Hauptsatz der Thermodynamik - Wärmekraftmaschinen

Wärmekraftmaschinen

Seit der Erfindung der Dampfmaschine 1769 durch James Watt war die Konstruktion effizienter Wärmekraftmaschinen für den Ingenieur von größtem Interesse.

Prinzip einer Wärmekraftmaschine
Mit einer heißen Wärmequelle (Kohle- oder Holzfeuer) wird Wasserdampf oder Luft erhitzt und in einen Kolben mit beweglichen Stempel geleitet. Der hohe Druck des heißen Gases treibt den Stempel voran, und durch eine geeignete Übertragung lässt sich mechanische Arbeit gewinnen. Der Stempel stoppt dann und kehrt, durch Schwungrad und Gestänge getrieben, in seine Anfangsposition zurück. Dabei öffnet sich ein Ventil und das expandierte, abgekühlte Gas wird aus dem Zylinder gedrückt und durch ein Abdampfrohr abgeleitet. Im Endpunkt öffnet sich ein zweites Ventil, der Zylinder füllt sich wieder mit heißem, komprimiertem Gas und die nächste Expansionsphase beginnt.

So verschieden diese Wärmekraftmaschinen auch im Detail konstruiert waren, so blieben doch vier wesentliche Merkmale gleich:

  • Einer heißen Wärmequelle wird eine bestimmte Energie Qh entzogen.
  • Ein Teil der Wärme Qh wird in Arbeit W umgewandelt.
  • Der restliche Teil von Qh geht als Wärmeabfall in die Umgebung.
  • Die Maschine arbeitet zyklisch, d.h. der Kolbenstempel kehrt wieder und wieder in seine Anfangsposition zurück.
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