Civil Engineering Reference
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Abb. 7.52
Unterscheidung
in rechtsläufige Kreis-
prozesse (Wärmekraftma-
schinen) und linksläufige
Prozesse unter Nutzung von
Arbeit um das Temperatur-
niveau zu ändern
In einem geschlossenen System ändert sich die Masse nicht, also beträgt die Massenän-
derung
dm
= 0. Durchläuft man den Kreisprozess vom Ausgangszustand und kehrt an ihn
zurück, so ändert sich am Ausgangspunkt die innere Energie nicht; es ist:
dU
=
0
.
(7.70)
Daraus folgt ein fundamentales Ergebnis der Kreisprozesse, das besagt: Im Kreisprozess
wird in der Summe so viel Wärme frei wie Arbeit geleistet wird und es gilt damit:
dQ
dW
=
0
oder
dQ
dW
=
0
.
+
+
(7.71)
Daraus lässt sich die Art des Kreisprozesses analysieren. Wird dem System netto Wärme-
energie zugeführt, also ist
dQ>
0
, so besagt Gl. (7.71), dass die Nettoarbeit negativ sein
muss. Aus dem System wird also Arbeit herausgeliefert. Damit handelt es sich um einen
rechtsläufigen Kreisprozess (Abb.
7.52
). Zu den rechtsläufigen also Arbeit abgebenden
Kreisprozessen zählen alle Wärmekraftmaschinenprozesse. Dem entsprechend werden alle
Arbeit verbrauchenden Prozesse
(
dW >
0)
als linksläufige Prozesse bezeichnet. Der Nut-
zen kann im Gegensatz zu den rechtsläufigen Prozessen in einem Wärmegewinn liegen, bei-
spielsweise einer Wärmepumpe, oder in einem Wärmeentzug wie in einer Kältemaschine.
Das Verhältnis aus Aufwand zu Nutzen wird als Wirkungsgrad bezeichnet. In rechts-
läufigen Systemen ist der Wirkungsgrad einheitlich als thermischer Wirkungsgrad
η
th
ge-
geben, der wie folgt definiert ist:
=
|
P
|
η
th
Q
.
(7.72)
˙
Dem gegenüber ist in linksläufigen Prozessen lediglich der Aufwand also die zugeführte
mechanische Leistung
P
eindeutig gegeben, während der Nutzen bei der Wärmepumpe
˙
Q
˙
bei der Kältemaschine aber
Q
0
(vergleiche Kap. 9) ist. Beschränkt man sich auf rechts-
läufige Wärmekraftprozesse, so wird in großtechnischen Kreisprozessen oft die Arbeit und
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