Arbeitsblatt Wärmekraftmaschinen und Kältemaschinen mit Lösungen

Eine Wärmekraftmaschine nimmt pro Zyklus 2800 kJ Wärme aus einem heißen Reservoir auf und gibt 2100 kJ an ein kaltes Reservoir ab. Bestimme die Nutzarbeit W, die sie pro Zyklus liefert.

Ein Kraftwerk liefert eine Nettoleistung von 100 MW bei einem thermischen Wirkungsgrad von 30 %. Bestimme den zugeführten Wärmestrom Q̇_H aus dem Brennstoff.

Eine reversible Kältemaschine hält einen Kühlraum auf -25 °C, indem sie 2,5 kW Wärme entzieht, und gibt Wärme an die Umgebung mit 30 °C ab. Bestimme den Wärmestrom Q̇_H, den sie abgibt.

Eine Wärmekraftmaschine arbeitet zwischen einem heißen Reservoir mit 200 °C und einem kalten Reservoir mit 20 °C. Bestimme den höchstmöglichen thermischen Wirkungsgrad η_max.

Eine Carnot-Wärmekraftmaschine nimmt 140 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 -20 °C Wärme entzieht und ebenfalls Wärme an die Umgebung mit 30 °C abgibt. Bestimme den Wärmestrom Q̇_L, der dem Gefrierraum entzogen wird.

Eine Wärmepumpe gibt 12 kW Wärme an ein Heizsystem mit 55 °C ab und entzieht die Wärme einer Quelle mit 2 °C. Ihre tatsächliche Leistungszahl beträgt 30 % der Carnot-Leistungszahl zwischen diesen Temperaturen. Bestimme die elektrische Leistung Ẇ, die sie aufnimmt.