Arbeitsblatt Wärmekraftmaschinen und Kältemaschinen mit Lösungen

Eine Wärmepumpe mit einer Leistungszahl von 3,5 gibt 11,5 kW Wärme an ein Haus ab. Bestimme den Wärmestrom Q̇_L, den sie der Außenluft entzieht.

Eine Wärmekraftmaschine nimmt pro Zyklus 5000 kJ Wärme aus einem heißen Reservoir auf und gibt 3500 kJ an ein kaltes Reservoir ab. Bestimme die Nutzarbeit W, die sie pro Zyklus liefert.

Eine Wärmekraftmaschine nimmt Wärme aus einer Quelle mit 450 °C auf und gibt Wärme an die Umgebung mit 40 °C ab. Ihr tatsächlicher thermischer Wirkungsgrad beträgt 23 %. Bestimme ihren exergetischen Wirkungsgrad η_II, das Verhältnis des tatsächlichen Wirkungsgrads zum Carnot-Wirkungsgrad.

Eine Wärmekraftmaschine arbeitet zwischen einem heißen Reservoir mit 775 °C und einem kalten Reservoir mit 25 °C. Sie nimmt 800 kJ Wärme auf. Bestimme die größtmögliche Arbeit W_max, die sie liefern könnte.

Eine Carnot-Wärmekraftmaschine nimmt 130 kW Wärme aus einer Quelle mit 400 °C auf und gibt Wärme an die Umgebung mit 30 °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 30 °C abgibt. Bestimme den Wärmestrom Q̇_L, der dem Gefrierraum entzogen wird.

Eine Carnot-Wärmekraftmaschine nimmt 160 kW Wärme aus einer Quelle mit 650 °C auf und gibt Wärme an die Umgebung mit 25 °C ab. Ihre gesamte Arbeit treibt eine Carnot-Kältemaschine an, die einem Gefrierraum mit -20 °C Wärme entzieht und ebenfalls Wärme an die Umgebung mit 25 °C abgibt. Bestimme den Wärmestrom Q̇_L, der dem Gefrierraum entzogen wird.