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Berechnung einer Wärmekraftmaschine nach CARNOT - Wie viel Abwärme muss ein Kraftwerk produzieren?

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Die vollständige Umwandlung von Arbeit (z.B. elektrischer Arbeit)
in Wärme ist problemlos möglich
- der umgekehrte Prozess
(komplette Umwandlung von Wärme
in Arbeit) ist dagegen nicht möglich - jedenfalls nicht zu 100 %.
Die Umwandlung der "unedlen" Energieform Wärme in die "edle"
Energieform Arbeit unterliegt
Beschränkungen, quantifiziert durch
den CARNOTschen Wirkungsgrad.
Die Effizienz jedes OTTO-Motors,
DIESEL-Motors und Wärmekraftwerks
ist durch den CARNOTschen Wirkungsgrad beschränkt. Die folgende Aufgabe beschäftigt
sich mit dieser Problematik: Ein Wärmekraftwerk arbeitet zwischen
500 ° Celsius und 100 ° Celsius und hat eine Effizienz von 80%
des CARNOTschen Wirkungsgrades.
Pro Sekunde werden 50 Megajoule an elektrischer Arbeit abgegeben. Wie viel Wärme muss
(durch Verbrennung von Kohle) pro
Sekunde erzeugt werden? Wie
viel Abwärme wird bei 100 °C an
die Umwelt abgegeben? Wie groß
ist die Effizienz - also der Wirkungsgrad? Wir skizzieren das
Kraftwerk als Wärmekraftmaschine (in Analogie zum CARNOT-Prozess)
zwischen 2 Temperaturniveaus,
einmal mit der hohen Temperatur T(1), einmal mit der niedrigen
Temperatur (2). Es gilt folgende Energiebilanz: Wärme Q(1)
wird vom Kraftwerk bei T(1)
aufgenommen; Wärme Q(2) wird bei T(2) als Abwärme abgegeben, und
die elektrische Arbeit W(irrev)
wird an die Umgebung abgeben. Die elektrische Arbeit entspricht nicht der idealen, maximalen möglichen Effizienz, sondern nur 80 Prozent des CARNOTschen Wirkungsgrades. Nach CARNOT
errechnet sich mit 1 - T(2)/T(1) ein idealer Wirkungsgrad von
circa 0,5. 80 Prozent davon
entspricht 0,414: Vom Kraftwerk
werden 41,4 % der aufgenommenen
Wärme in Arbeit umgewandelt. Mit
Hilfe der Definitionsgleichung
für den Wirkungsgrad kann Q(1)
nun zu 120,8 Megajoule berechnet werden.
Diese Wärmemenge muss pro
Sekunde bei T(1) aufgenommen werden.
Mit dem Ersten Hauptsatz
Milch
Verbrennung
Collision induced dissociation
Kohle
Computeranimation

Metadaten

Formale Metadaten

Titel Berechnung einer Wärmekraftmaschine nach CARNOT - Wie viel Abwärme muss ein Kraftwerk produzieren?
Untertitel Übungsaufgabe 16
Serientitel Einführung in die Thermodynamik
Teil Ü 16
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 10.5446/15703
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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