21.7
Der zweite Hauptsatz der Thermodynamik besagt, dass keine Wärmekraftmaschine einen Wirkungsgrad von 100 % haben kann. Um den theoretisch maximalen Wirkungsgrad abzuleiten, entwickelte Sadi Carnot eine hypothetische Wärmekraftmaschine.
Da bei allen irreversiblen Prozessen Arbeit als Wärme verloren geht, bedeutet die Maximierung des Wirkungsgrads einer Wärmekraftmaschine, alle irreversiblen Prozesse zu vermeiden.
Der Wärmefluss durch einen endlichen Temperaturabfall ist jedoch ein irreversibler Prozess. Daher muss der Wärmeaustausch zwischen dem Motor und den Warm- und Kaltbehältern isotherm sein. Darüber hinaus muss es sich adiabatisch ändern, wenn sich seine Temperatur ändert.
In einem Carnot-Zyklus wird davon ausgegangen, dass das Arbeitsmedium ein ideales Gas ist. Zunächst erfährt es eine isotherme Ausdehnung im thermischen Kontakt mit einem Wärmespeicher bei der Temperatur T-h und nimmt die Wärme Q-h auf.
Das Fluid dehnt sich dann adiabatisch aus und seine Temperatur sinkt auf die Temperatur des kalten Reservoirs, T-c.
Anschließend wird es bei der Temperatur T-c mit dem kalten Reservoir in Kontakt gebracht und isotherm komprimiert, wobei die Wärme Q-c abgegeben wird.
Schließlich wird das Gas thermisch isoliert und adiabatisch komprimiert, um seinen Ausgangszustand bei der Temperatur T-h zu erreichen und damit den Kreislauf zu schließen.
Die Umwandlung von Arbeit in Wärme ist ein irreversibler Prozess, und das Ziel einer Wärmekraftmaschine ist es, den Effekt teilweise umzukehren. Wärme…
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