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Berechnung einer idealen Wärmepumpe nach CARNOT

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Mit einer CARNOT-Maschine kann man mit dem maximal möglichen Wirkungsgrad
Wärme in Arbeit umwandeln. Eine
CARNOT-Maschine kann aber nicht nur als Wärmekraftmaschine arbeiten, sondern
auch als Wärmepumpe. Damit gelingt es dann, mit dem kleinstmöglichen
Arbeitsaufwand Wärme von einer niedrigen
Temperatur zu einer hohen Temperatur zu transportieren. (zu "pumpen"). Eine solche Wärmepumpe ist in dieser Aufgabe bechrieben: Bei 0°C nimmt die Wärmepumpe die Wärmemenge Q(2) auf und transportiert diese Wärme auf ein Temperatur-Niveau von 25 °C. Gefragt wird nach dem Wirkungsgrad eta und nach der Arbeit, die benötigt wird um bei der höheren Temperatur eine Wärme von 500 kJ abzugeben. Wir diskutieren hier praktisch die Energieströme in einem
Kühlschrank. Das Innere des Kühlschrank entspricht dem Temperaturniveau T(2) die Umgebungstemperatur des Kühlschranks ist die höhere Temperatur T(1). Hier haben wir ein schematisches Bild der Energieströme Das untere
Temperaturniveau T(2) ist blau gezeichnet; das obere Temperaturniveau
T(1) ist rot gezeichnet. Der Wärmefluß von blau nach rot passiert nicht freiwillig, sondern wir müssen dazu von außen (in grüner Farbe gezeichnet) Arbeit zuführen Die hohe Temperatur wird üblicherweise immer mit T(1) gekennzeichnet; für die Berechnungen benötigen wir die Temperaturen in Kelvin. Die Formel von CARNOT für den maximalen Wirkungsgrad eta gilt nicht nur für eine Wärmekraftmaschine, sondern auch für eine Wärmepumpe eta gleich 1 minus (tiefe Temperatur) durch (hohe Temperatur) Wir erhalten einen Wirkungsgrad von 0,0839 das bedeutet: Zur Abgabe von 100 Prozent Wärme bei der hohen Temperatur müssen wir 8,39 Prozent Arbeit zuführen (gilt für eine ideale Wärmepumpe; reale Kühlschränke benötigen mehr Arbeit) Wir berechnen die Arbeit, die wir von außen zuführen müssen, um die Wärmemenge Q(1)=-500 kJ nach der hohen Temperatur zu pumpen: 41,95 kJ (wie erwartet ein positiver Wert - diese Arbeit muss der CARNOT-Maschine von außen
Gefriergerät
Körpertemperatur
Internationaler Freiname
INDO <Quantenchemie>

Metadaten

Formale Metadaten

Titel Berechnung einer idealen Wärmepumpe nach CARNOT
Untertitel Übungsaufgabe 15
Serientitel Einführung in die Thermodynamik
Teil Ü 15
Autor Lauth, Günter Jakob
Mitwirkende Lauth, Anika (Medientechnik)
Lizenz CC-Namensnennung - keine kommerzielle Nutzung 3.0 Deutschland:
Sie dürfen das Werk bzw. den Inhalt zu jedem legalen und nicht-kommerziellen Zweck nutzen, verändern und in unveränderter oder veränderter Form vervielfältigen, verbreiten und öffentlich zugänglich machen, sofern Sie den Namen des Autors/Rechteinhabers in der von ihm festgelegten Weise nennen.
DOI 10.5446/15702
Herausgeber Günter Jakob Lauth (SciFox)
Erscheinungsjahr 2013
Sprache Deutsch
Produktionsjahr 2013
Produktionsort Jülich

Inhaltliche Metadaten

Fachgebiet Physik, Chemie
Schlagwörter Physikalische Chemie
Thermodynamik

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