Arbeitsblatt Wärmekraftmaschinen und Kältemaschinen mit Lösungen

Eine Wärmekraftmaschine nimmt pro Zyklus 4200 kJ Wärme aus einem heißen Reservoir auf und gibt 3150 kJ an ein kaltes Reservoir ab. Bestimme ihren thermischen Wirkungsgrad η.

Eine Wärmekraftmaschine nimmt pro Zyklus 2100 kJ Wärme aus einem heißen Reservoir auf und gibt 1470 kJ an ein kaltes Reservoir ab. Bestimme die Nutzarbeit W, die sie pro Zyklus liefert.

Eine reversible (Carnot-)Wärmekraftmaschine nimmt pro Zyklus 5000 kJ Wärme aus einem Reservoir mit 300 °C auf und gibt 2906 kJ ab. Bestimme die Temperatur T_L des kalten Reservoirs in °C.

Eine reversible Kältemaschine hält einen Kühlraum auf -30 °C, indem sie 4,5 kW Wärme entzieht, und gibt Wärme an die Umgebung mit 20 °C ab. Bestimme den Wärmestrom Q̇_H, den sie abgibt.

Eine Wärmepumpe gibt 17,5 kW Wärme an ein Heizsystem mit 55 °C ab und entzieht die Wärme einer Quelle mit -5 °C. Ihre tatsächliche Leistungszahl beträgt 40 % der Carnot-Leistungszahl zwischen diesen Temperaturen. Bestimme die elektrische Leistung Ẇ, die sie aufnimmt.

Zwei Carnot-Maschinen arbeiten hintereinander. Maschine A nimmt Wärme aus einem Reservoir mit 1150 °C auf und gibt Wärme an ein Zwischenreservoir mit der Temperatur T_m ab. Maschine B nimmt diese gesamte Wärme auf und gibt Wärme an ein Reservoir mit 10 °C ab. Beide Maschinen verrichten dieselbe Arbeit. Bestimme T_m in °C.