Kurze Erklärung zu Kreisprozessen:

Der Carnot Prozess ist der Standardprozess der Kategorie “Kreisprozesse“.
Bei einem Kreisprozess werden unter dem Einfluss von Änderungen intensiver Zustandsgrößen (Druck, Temperatur) und von Zu- bwz Abfuhr von Wärme/Arbeit mehrere Zustandsänderungen durchlaufen.

Der Zustand im Endpunkt = Zustand im Anfangspunkt.

Wärmekraftmaschienen durchlaufen Kreisprozesse, damit Wärme in mechanische Energie umgewandelt wird.
Fast die gesamte mechanische oder elektrische Energie wird heutzutage über den Zwischenschritt der Wärmeerzeugung in Wärmekraftanlagen gewonnen, in denen Kreisprozesse ablaufen.
Ausnahmen sind hierbei allerdings alternative Energiegewinnungsprozesse wie zum Beispiel Wasser- oder Windkraft, Brennstoff- oder Fotozellen.

Ein sehr bekannter, thermodynamischer Kreisprozess, war im 18. Jahrhundert die Basis für die industrielle Revolution – die Dampfmaschine.

Hintergrund zum Carnot-Prozess:

Der Carnotprozess ist ein reversibler Kreisprozess.
Er wurde 1824 von Sadi Carnot dazu benutzt, die thermodynamischen Vorgänge einer Dampfmaschine näher zu untersuchen.
Obwohl der Carnot-Prozess die Vorgänge beim Dampfmaschinen-Kreisprozess nicht exakt wiedergibt und sich apparate- und maschinentechnisch kaum realisieren lässt, ist er doch für die Thermodynamik der Kreisprozesse als
Vergleichs- und Standardprozess von großer Bedeutung.

Erläuterung zum Carnot Prozess

Dieser Kreisprozess läuft über insgesamt vier Zustandsänderungen ab.

Über die beiden Isothermen (1-2) und (3-4) wird dem System Wärme hinzu- bzw. abgeführt.

Die zweiten Zustandsänderungen im Carnot-Prozess sind Isentropen.

Diese Wärmezufuhr bzw. Wärmeabfuhr ist so vorstellbar, dass während dieser Zustandsänderungen das Arbeitsmedium mit je einem Wärmespeicher sehr großer Kapazität mit der konstanten Temperatur:

T_max~=~T_1~=~T_2~~~bzw.~~~T_min~=~T_3~=~T_4

in wärmeleitender Verbindung steht.

Bei den isentropen Zustandsänderungen 2 – 3 (Entspannung) und 4 – 1 (Verdichtung) ist ein Wärmeaustausch mit der Umgebung ausgeschlossen und es findet keine Entropiezunahme durch Irreversibilitäten statt.

Volumenarbeit und ausgetauschte Wärme

Während den Zustandsänderungen wird Volumenarbeit w geleistet und Wärme q ausgetauscht.

Für ein Ideales Gas als Arbeitsmedium gilt folgendes:

CarnotProzess-T-s-Diagramm

CarnotProzess-T-s-Diagramm

  • Isotherme (1-2):
    w_12~=~-R*T_1*ln(v_2/v_1)
    q_12~=~-w_12~=~q_zu
  • Isentrope (2-3):
    w_23~=~c_v*(T_3-T_2)
    q_23~=~0
  • Isotherme (3-4):
    w_34~=~R*T_3*ln(v_3/v_4)
    q_34~=~-w_34~=~q_ab
  • Isentrope (4-1):
    w_41~=~c_v*(T_1-T_4)
    q_14~=~0

Wirkungsgrad des Carnot-Prozesses

Für den thermodynamischen Wirkungsgrad des Carnot-Prozesses gilt für jedes Fluid:

eta_c~=~T_1-T_3/T_1~=~T_max-T_min/T_max~=~1-T_min/T_max

Merke:

Der Carnot-Prozess hat den höchsten Wirkungsgrad.

Je höher die Temperatur der Wärmezufuhr und je niedriger die Temperatur der Wärmeabfuhr – umso mehr nähert sich der Wirkungsgrad dem Wert 1.

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ÜBER DEN AUTOR

Roman

PG Hey, willkommen auf meinem Blog! Ich bin 24 Jahre alt und studiere Fahrzeug und Flugzeugtechnik an der FH München. In meiner Freizeit betreibe ich diesen Blog und gehe gerne fotografieren. Um mehr über mich und diese Seite zu erfahren, oder Kontakt mit mir aufzunehmen, habe ich die "About-Seite" eingerichtet. Viele Grüße