Wärmekraftmaschinen

Über 90% des Weltenergiebedarfes werden durch Nutzung von Wärme gedeckt. Grundlage aller Wärmekraftmaschinen ist die Arbeit, die bei der Expansion von Gasen gewonnen wird.
Der Wirkungsgrad einer Wärmekraftmaschine ist das Verhältnis der gewonnenen mechanischen Arbeit W zur aufgewendeten Wärme Q:
= W/Q
Der Wirkungsgrad einer Wärmekraftmaschine, die Wärme aus einem Energiespeicher mit der Temperatur T1 entnimmt und Abwärme an die Umwelt mit der Temperatur T2 abgibt, kann den Wert

nicht überschreiten. Man nennt diesen Wert den thermodynamischen Wirkungsgrad. Die Abwärme von Wärmekraftmaschinen ist nicht durch technische Mängel bedingt, sondern eine Folge der Hauptsätze der Wärmelehre. Mensch und Tier arbeiten nicht wie Wärmekraftmaschinen, sondern wie chemo-elektrische Maschinen. Muskelkraft beruht auf elektrischer Anziehung und Abstoßung.

Stirlingmotor
Der Stirlingprozess ist ein besonders einfacher Kreisprozess. Er findet in Heißluftmotoren eine Anwendung. Der Stirlingprozess besteht aus zwei Isothermen und zwei isochoren Zustandsänderungen.

Isochore Erwärmung: Durch isochore Erwärmung wird dem Gas die Wärme zugeführt. Arbeit wird keine verrichtet.

Isotherme Expansion: Bei einer isothermen Expansion wird dem Gas die Wärme zugeführt. Das Gas verrichtet dabei die Expansionsarbeit.

Isochore Abkühlung: Bei einer isochoren Abkühlung wird dem Gas die Wärme entzogen. Arbeit wird keine verrichtet.

Isotherme Komprimation des Gases: Die dem Gas dabei in Form von Kompressionsarbeit zugeführte Energie wird als Wärme abgegeben.

Das Gas befindet sich nach diesen vier Zustandsformen wieder im Ausgangszustand, das heißt, die Gesamtänderung der inneren Energie ist null. Daher muß die Summe der zugeführten und abgegebenen Energie ebenfalls null sein.

Für eine ideal arbeitende Stirlingmaschine gilt:

Dabei ist:
...thermischer Wirkungsgrad
T1, T2 ...Temperaturen der Arbeitssubstanz am Beginn und am Ende eines Zyklus

Neben dem Stirlingprozess wurden zahlreiche weitere Vergleichsprozesse entwickelt, die den verschiedenen Bauarten und Eigenschaften von Wärmekraftmaschinen angepasst sind. Wirtschaftliche Bedeutung als Fahrzeugmotoren haben vor allem Maschinen mit innerer Verbrennung erlangt und darunter besonders der Ottomotor und der Dieselmotor. Typische Wirkungsgrade liegen bei Ottomotoren zwischen 25 und 30 % und bei Dieselmotoren zwischen 30 und 35%.

Wird der oben beschriebene Vorgang umgekehrt, so arbeitet die Maschine als Wärmepumpe.

Grafik Text
Herwig Reidlinger (stirling.gif) Richard Baumgartner
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Letzte Änderung / Last update: 23. 4. 1999