Der Carnot-Wirkungsgrad \(\eta_C\) ist der physikalisch best-mögliche Wirkungsgrad einer idealen Wärmekraftmaschine (WKM). Reale Wärmekraftmaschinen erreichen max. etwa 2/3 von \(\eta_C\), da alle realen Prozesse mit Verlusten (z.B. Reibung) behaftet sind. Der Carnot-Wirkungsgrad wird aufgrund der Temperaturen der beiden Wärme-Reservoirs der WKM berechnet.
\[ \eta_C = 1 – \frac{T_K}{T_H} \]
Beachte, dass für \(T_H\) und \(T_K\) die absoluten Temperaturen in Kelvin eingesetzt werden müssen.
Nicolas Léonard Sadi Carnot (1796 – 1832) war französischer Physiker und Ingenieur. Er gilt als Begründer der Thermodynamik.
Der von ihm gefundene und nach ihm benannte Carnot-Wirkungsgrad ist der ideale Wirkungsgrad, den eine Wärmekraftmaschine (WKM) im theoretisch idealsten Fall erreichen kann. Wie wir wissen, herrscht in sämtlichen realen Maschinen immer etwas Reibung, d.h. der Carnot-Wirkungsgrad gilt als theoretische Obergrenze, die real aber gar nicht erreicht werden kann.
Bei gewöhnlichen Maschinen liegt die theoretische Obergrenze bei 100%. Sie ist begründet durch die Energieerhaltung bzw. durch den Ersten Hauptsatz der Thermodynamik: Es kann nicht mehr Energie die Maschine verlassen, als vorher eingetreten ist. Für Wärmekraftmaschinen ist die theoretische Obergrenze mit dem Carnot-Wirkungsgrad deutlich tiefer.
Der Carnot-Wirkungsgrad ist definiert als durch die WKM die gewonnene (nützliche) Arbeit \(W_{out}^{(netto)}\) im Vergleich zur eingesetzten Wärme \(Q_{in}\):
\[ \eta_C = \frac{W_{out}^{(netto)}}{Q_{in}}\]
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