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Wärmekraftmaschinen

Von einer Wärmekraftmaschine spricht man, wenn eine Maschine Wärmeenergie in mechanische Energie umwandelt. Dabei kommt ein grundsätzliches physikalisches Phänomen zum Tragen, nämlich das Bestreben von Wärme, immer von höheren zu niedrigeren Temperaturen zu fließen.

Quizfragen

1. Welche Wärmekraftmaschinen kennen wir aus unserem Alltag?

   Die bekannteste Wärmekraftmaschine in unserem Alltag ist der Verbrennungsmotor in unseren Autos. Aber auch die Dampfmaschine und die Dampfturbine sind Wärmekraftmaschinen, die uns in verschiedener form immer wieder begegnen.

2. Wie bezeichnet man eine Maschine, die durch mechanische Energie Wärme von einer niedrigen Temperatur auf eine höhere bringt?

   Eine Maschine, die nach dem umgekehrten Prinzip der Wärmekraftmaschine funktioniert, bezeichnet man in der Physik folgerichtig als Kraftwärmemaschine. Im Alltag ist diese unter dem Namen Wärmepumpe oder Kältemaschine besser bekannt.

3. Was ist der Wirkungsgrad?

   Als Wirkungsgrad bezeichnet man bei einer Wärmekraftmaschine den Anteil der Wärmeenergie, die vom oberen Temperaturniveau abfließt. Dieser Anteil wird schließlich in die genutzte mechanische Energie umgewandelt.

4. Welchen Wirkungsgrad besitzen die Motoren in unseren Autos?

   Unserer Autos fahren zum allergrößten Teil mit Benzin- oder Dieselmotoren. Diese Bauformen weisen unterschiedliche Wirkungsgrade auf. Während der Dieselmotor einen Wirkungsgrad von bis zu 45 % erreichen kann, muss beim Benziner mit maximal 38 % Vorlieb genommen werden.

5. Was ist ein GuD-Kraftwerk?

   Von einem GuD-Kraftwerk spricht man bei einer Kombination aus dem Prozess der Gasturbine und einem Dampfkraftwerk. Die somit entstandene Wärmekraftmaschine setzt sich aus verschiedenen Kreisprozessen zusammen. Diese Kraftwerke erreichen einen Wirkungsgrad von bis zu 60 %.

6. Was ist eine Fluidenergiemaschine?

   Als Fluidenergiemaschinen bezeichnet man quasi die Oberkategorie der Wärmekraftmaschinen. Sie werden in diese Kategorie eingeordnet, weil bei allen Wärmekraftmaschinen Gas als Arbeitsmedium eingesetzt wird.

7. Was unterscheidet die Dampfmaschine prinzipiell von einem Verbrennungsmotor?

   Die Dampfmaschine gehört zu den Wärmekraftmaschinen mit äußerer Verbrennung, was sie von Verbrennungsmotoren unterscheidet. Somit gehören die Verbrennungsmotoren zu dem Wärmekraftmaschinen mit innerer Verbrennung.

8. Was ist der rechtslaufende Kreisprozess?

   Bei einem rechtslaufenden Kreisprozess wird ein Teil der bei hoher Temperatur zugeführten Wärme in Arbeit umgewandelt. Der andere Teil wird bei niedrigerer Temperatur wieder abgeführt. Die Differenz zwischen den beiden Prozessen nennt man Kreisprozessarbeit.

9. Was sind offene und geschlossene Kreisprozesse?

   Kreisprozesse unterscheiden sich nicht nur in rechts- und linkslaufend, sondern auch durch die Art der Wärmezufuhr. Erfolgt diese durch Verbrennung von eingebrachtem Brennstoff (intern), wird der Kreisprozess als offen bezeichnet. Geschlossene Kreisprozesse kommen beispielsweise in einem Kernkraftwerk mit gasgekühlten Reaktoren zum Einsatz.

10. Was bezeichnet man als Vergleichsprozess?

    Als Vergleichsprozesse bezeichnet man thermodynamische Kreisprozesse, welche auf bestimmte Maschinen und Anlagen zugeschnitten sind. Sie zeigen das Optimum an, das mit diesen Maschinen im Idealfall erreichbar ist. Der Idealfall stellt hier eine reibungslose (allgemeiner dissipationslose) Zustandsänderung dar.

11. Wo werden heute noch Dampfturbinen als Wärmekraftmaschine eingesetzt?

    Dampfturbinen werden noch heute in Kraftwerken zur Elektrizitätserzeugung eingesetzt. Dabei handelt es sich um große, mehrstufige Dampfturbinen. Der benötigte Dampf kann dabei durch die Verfeuerung fossiler Brennstoffe (Kohle oder Erdöl) oder auch durch einen Kernreaktor gewonnen werden.

12. Wie heißt ein berühmtes historisches Beispiel für eine Wärmekraftmaschine?

    Heron erfand die mit Wasserdampf betriebene Drehkugel namens Aeolipile. Sie ist eine der bedeutendsten Erfindung in Bereich der Wärmekraftmaschinen, denn in ihr ist das Grundprinzip der heutigen modernen Turbinen bereits verwirklicht.

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