Arbeitsblatt Wärmekraftmaschinen und Kältemaschinen mit Lösungen

Eine Wärmekraftmaschine nimmt pro Zyklus 3800 kJ Wärme aus einem heißen Reservoir auf und gibt 2280 kJ an ein kaltes Reservoir ab. Bestimme ihren thermischen Wirkungsgrad η.

Eine Wärmekraftmaschine nimmt pro Zyklus 4600 kJ Wärme aus einem heißen Reservoir auf und gibt 2530 kJ an ein kaltes Reservoir ab. Bestimme die Nutzarbeit W, die sie pro Zyklus liefert.

Eine Wärmekraftmaschine nimmt Wärme aus einer Quelle mit 400 °C auf und gibt Wärme an die Umgebung mit 15 °C ab. Ihr tatsächlicher thermischer Wirkungsgrad beträgt 34 %. Bestimme ihren exergetischen Wirkungsgrad η_II, das Verhältnis des tatsächlichen Wirkungsgrads zum Carnot-Wirkungsgrad.

Eine reversible (Carnot-)Wärmekraftmaschine nimmt pro Zyklus 3200 kJ Wärme aus einem Reservoir mit 800 °C auf und gibt 814 kJ ab. Bestimme die Temperatur T_L des kalten Reservoirs in °C.

Eine Carnot-Wärmekraftmaschine nimmt 120 kW Wärme aus einer Quelle mit 700 °C auf und gibt Wärme an die Umgebung mit 20 °C ab. Ihre gesamte Arbeit treibt eine Carnot-Kältemaschine an, die einem Gefrierraum mit -25 °C Wärme entzieht und ebenfalls Wärme an die Umgebung mit 20 °C abgibt. Bestimme den Wärmestrom Q̇_L, der dem Gefrierraum entzogen wird.

Eine Wärmepumpe hält ein Haus auf 20 °C, während es draußen 2 °C sind, und liefert 5 kW Wärme an das Haus. Bestimme die minimale Antriebsleistung Ẇ_min.