Wärmekraftmaschine

Eine Wärmekraftmaschine ist eine Maschine, die Wärme in mechanische Energie umwandelt.

Wirkungsgrad

Der Anteil der Wärmeenergie, der unter idealen Bedingungen in mechanische Energie umgewandelt werden kann, wird durch den Carnot-Wirkungsgrad beschrieben. Er ist der höchste Wirkungsgrad, den eine Wärmekraftmaschine erreichen kann und hängt nur von der höchsten Temperatur

T_{\rm max}

beim Wärmeeintrag und der niedrigsten Temperatur

T_{\rm min}

bei der Kühlung ab.

\eta= \frac{T_{\rm max}-T_{\rm min}}{T_{\rm max}} = 1 - \frac{T_{\rm min}}{T_{\rm max}}

Viele Wärmekraftmaschinen arbeiten mit Prozessen, die den Carnot-Wirkungsgrad nicht einmal theoretisch erreichen lassen. In der Realität haben aber Energieverluste aus Reibung und Wärmeverlusten einen viel größeren Einfluss und sorgen dafür, dass dieser maximale Wirkungsgrad nicht erreicht wird.

Beispiel:

Verbrennungsmotoren haben Verbrennungstemperaturen von cirka 2500 °C (2773 K) und Frischgastemperaturen von etwa 100 °C (373 K). Der theoretisch erreichbare Wirkungsgrad beträgt also

\eta = 1 - \frac{373\mathrm K}{2773\mathrm K} = 0{,}87 = 87\%

In der Praxis erreichen Ottomotoren 33%, Dieselmotoren in Pkws 41% und langsam laufende Schiffsdieselmotoren 50% Wirkungsgrad.

Einteilung (Typologie)

Da ein Gas als Arbeitsmedium eingesetzt wird, gehören Wärmekraftmaschinen zu den thermischen Fluidenergiemaschinen.

Nach Art der Erzeugung der thermischen Energie

Verbrennungskraftmaschinen (Thermische Fluidenergiemaschinen mit innerer Verbrennung)
- Verbrennungsmotor
- Gasturbine

Thermische Fluidenergiemaschinen mit äußerer Verbrennung
- Dampfmaschine
- Dampfturbine

Nach Druckaufbau

Strömungsmaschinen
- Turbomaschinen

Kolbenmaschinen
- Verbrennungsmotor (innere Verbrennung)
- Dampfmaschine (äußere Verbrennung)
- Stirlingmotor (äußere Verbrennung)

Weblinks

Weitere Details bei Physikon Physik-Lexikon

Siehe auch: Kraftmaschine, Stirlingmotor

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