Arbeitsblatt Wärmekraftmaschinen und Kältemaschinen mit Lösungen

Eine Wärmekraftmaschine nimmt pro Zyklus 4200 kJ Wärme aus einem heißen Reservoir auf und gibt 2940 kJ an ein kaltes Reservoir ab. Bestimme ihren thermischen Wirkungsgrad η.

Eine Wärmepumpe mit einer Leistungszahl von 4,6 gibt 5,5 kW Wärme an ein Haus ab. Bestimme den Wärmestrom Q̇_L, den sie der Außenluft entzieht.

Eine reversible Kältemaschine hält einen Kühlraum auf 4 °C, indem sie 2 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 800 °C und einem kalten Reservoir mit 20 °C. Sie nimmt 1500 kJ Wärme auf. Bestimme die größtmögliche Arbeit W_max, die sie liefern könnte.

Zwei Carnot-Maschinen arbeiten hintereinander. Maschine A nimmt Wärme aus einem Reservoir mit 800 °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 15 °C ab. Beide Maschinen haben denselben thermischen Wirkungsgrad. Bestimme T_m in °C.

Ein Kühlschrank hält seinen Kühlraum auf -10 °C in einer Küche mit 32 °C und entzieht dem Kühlraum Wärme mit 1 kW. Bestimme die höchstmögliche Leistungszahl COP_max.