Arbeitsblatt Wärmekraftmaschinen und Kältemaschinen mit Lösungen

Eine Wärmekraftmaschine nimmt pro Zyklus 4100 kJ Wärme aus einem heißen Reservoir auf und gibt 2460 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 Wärmestrom Q̇_L, der an das Kühlwasser abgegeben wird.

Eine reversible Kältemaschine hält einen Kühlraum auf 4 °C, indem sie 6 kW Wärme entzieht, und gibt Wärme an die Umgebung mit 35 °C ab. Bestimme den Wärmestrom Q̇_H, den sie abgibt.

Eine reversible (Carnot-)Wärmekraftmaschine nimmt pro Zyklus 2700 kJ Wärme aus einem Reservoir mit 600 °C auf und gibt 1030 kJ ab. Bestimme die Temperatur T_L des kalten Reservoirs in °C.

Zwei Carnot-Maschinen arbeiten hintereinander. Maschine A nimmt Wärme aus einem Reservoir mit 600 °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 35 °C ab. Beide Maschinen verrichten dieselbe Arbeit. Bestimme T_m in °C.

Eine Carnot-Wärmekraftmaschine nimmt 160 kW Wärme aus einer Quelle mit 700 °C auf und gibt Wärme an die Umgebung mit 30 °C ab. Ihre gesamte Arbeit treibt eine Carnot-Kältemaschine an, die einem Gefrierraum mit -30 °C Wärme entzieht und ebenfalls Wärme an die Umgebung mit 30 °C abgibt. Bestimme den Wärmestrom Q̇_L, der dem Gefrierraum entzogen wird.