Arbeitsblatt Wärmekraftmaschinen und Kältemaschinen mit Lösungen

Eine Wärmekraftmaschine nimmt pro Zyklus 4300 kJ Wärme aus einem heißen Reservoir auf und gibt 3225 kJ an ein kaltes Reservoir ab. Bestimme die Nutzarbeit W, die sie pro Zyklus liefert.

Ein Kraftwerk liefert eine Nettoleistung von 200 MW bei einem thermischen Wirkungsgrad von 33 %. Bestimme den zugeführten Wärmestrom Q̇_H aus dem Brennstoff.

Eine Wärmekraftmaschine nimmt Wärme aus einer Quelle mit 700 °C auf und gibt Wärme an die Umgebung mit 30 °C ab. Ihr tatsächlicher thermischer Wirkungsgrad beträgt 48 %. Bestimme ihren exergetischen Wirkungsgrad η_II, das Verhältnis des tatsächlichen Wirkungsgrads zum Carnot-Wirkungsgrad.

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

Eine Carnot-Wärmekraftmaschine nimmt 200 kW Wärme aus einer Quelle mit 950 °C auf und gibt Wärme an die Umgebung mit 20 °C ab. Ihre gesamte Arbeit treibt eine Carnot-Kältemaschine an, die einem Gefrierraum mit -15 °C Wärme entzieht und ebenfalls Wärme an die Umgebung mit 20 °C abgibt. Bestimme den Wärmestrom Q̇_L, der dem Gefrierraum entzogen wird.

Zwei Carnot-Maschinen arbeiten hintereinander. Maschine A nimmt Wärme aus einem Reservoir mit 650 °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 25 °C ab. Beide Maschinen haben denselben thermischen Wirkungsgrad. Bestimme T_m in °C.