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2. Hauptsatz der Thermodynamik - Wärmekraftmaschinen

Wirkungsgrad

Dampfmaschinen erfuhren zahlreiche Verbesserungen. Jede ist gekennzeichnet durch ein bestimmtes, messbares Verhältnis von geleisteter Arbeit W , z.B. wieviel Kilogramm Wasser eine Maschine gerade noch aus einem Brunnen heben kann, und verbrannter Kohle, also der entnommenen der Wärme Qh . Auch Reibungsverluste bei der Bewegung der diversen Maschinenteile gehen in dieses Verhältnis ein, das als Wirkungsgrad η bezeichnet wird und wie folgt definiert ist.

η = - W Qh

Mit jeder konstruktiven Verbesserung vergrößerte sich der Wirkungsgrad, doch er blieb immer weit unter 1, dem Grenzwert für W = Qh (Energieerhaltung). Offen blieb, ob das an der Unvollkommenheit der Konstruktion lag oder ob eine natürliche Grenze η max < 1 existierte? Jahrzehnte emsiger Konstruktionsarbeit waren vergangen, doch diese wichtige Frage fand keine Antwort. Der Grund war das Fehlen einer geeigneten Theorie zur Wärme/Arbeit-Umwandlung.

Ausgerechnet in Frankreich, dessen industrielle Entwicklung und Expertise im Machinenbau weit hinter England zurücklag, gelang einem jungen Ingenieur der Durchbruch. 1824 präsentierte Sadi Carnot seine Monografie "Reflexions sur la Puissance Motrice du Feu", in der er sich mit der Theorie der englischen Dampfmaschinen befasste und den gesuchten maximalen Wirkungsgrad η max theoretisch herleitete. Kernstück seiner Überlegungen war ein Kreisprozess, der als Carnot-Kreisprozess in die Geschichte der Naturwissenschaften und Technik eingegangen ist.

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