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Thermodynamik - Erkenntnisse aus dem Carnot-Prozess

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Thermodynamik

Erkenntnisse aus dem Carnot-Prozess

Inhaltsverzeichnis

In diesem Abschnitt soll gezeigt werden, welche Erkenntnisse aus dem thermischen Wirkungsgrad des Carnot-Prozesses gewonnen werden können. Hierzu wird der thermische Wirkungsgrad nochmals aufgeführt:

Methode

$\eta_C = 1 - \frac{T_{I}}{T_{II}} $

mit

$T_I $ niedrigsten Temperatur

$T_{II}$ höchste Temperatur

$T$ in $K$

Es ist deutlich zu erkennen, dass der Wirkungsgrad des Carnot-Prozesses nur von den zwei Temperaturen $T_I$ und $T_{II}$ abhängt. Die Wärmezufuhr und -abfuhr beeinflusst den Wirkungsgrad nicht.

Erkenntnisse:

  • Je höher die Temperatur $T_{II}$ (In Kelvin) ist, bei welcher Wärme zugeführt wird, desto besser ist das für den Wirkungsgrad des Carnot-Prozesses. Der Grund dafür liegt darin, dass weniger Wärme zugeführt werden muss, je höher die Temperatur $T_{II}$ ist. Im Umkehrschluss gilt, dass der Wirkungsgrad umso höher wird, je niedriger die Temperatur $T_I$ ist, bei welcher die Wärme abgeführt wird. Der Grund liegt darin, dass je geringer die Temperatur $T_I$ ist, desto mehr von der zugeführten Wärme konnte in Arbeit umgewandelt werden. 
  • Da weder der absolute Nullpunkt (0 K = -273,15 °C) noch unendlich hohe Temperaturen erreicht werden können, ist ein Wirkungsgrad von 100 % ausgeschlossen. Das bedeutet, der Wirkungsgrad des Carnot-Prozesses nimmt immer Werte unter 1 an. Die niedrigeste Temperatur die $T_I$ je annehmen kann ist die Umgebungstemperatur $T_b$. Das bedeutet wiederrum, dass der Wirkungsgrad niemals den Wert 1 annehmen kann (100%-ige Umwandlung der zugeführten Wärme in Arbeit). Es ist also niemals möglich die zugeführte Wärme vollständig in Arbeit umzuwandeln. Damit eine vollständige Energieumwandlung möglich wäre, müsste $T_I$ auf $0 \; K$ bzw. $-273,15 °C$ gesenkt werden. Das ist aber nicht möglich.
  • Es wird außerdem deutlich, dass $T_I$ und $T_{II}$ ein Temperaturunterschied aufweisen müssen. Bei $T_I = T_{II}$ würde der Wirkungsgrad den Wert 0 annehmen. Je größer dieser Temperaturunterschied ausfällt, desto besser ist das für den Wirkungsgrad des Carnot-Prozesses.