Arbeitsblatt Wärmekraftmaschinen und Kältemaschinen mit Lösungen

Ein Kraftwerk liefert eine Nettoleistung von 300 MW bei einem thermischen Wirkungsgrad von 33 %. Bestimme den zugeführten Wärmestrom Q̇_H aus dem Brennstoff.

Ein Kraftwerk liefert eine Nettoleistung von 600 MW bei einem thermischen Wirkungsgrad von 50 %. Bestimme den Wärmestrom Q̇_L, der an das Kühlwasser abgegeben wird.

Eine Wärmekraftmaschine nimmt Wärme aus einer Quelle mit 850 °C auf und gibt Wärme an die Umgebung mit 40 °C ab. Ihr tatsächlicher thermischer Wirkungsgrad beträgt 40 %. Bestimme ihren exergetischen Wirkungsgrad η_II, das Verhältnis des tatsächlichen Wirkungsgrads zum Carnot-Wirkungsgrad.

Eine Wärmekraftmaschine arbeitet zwischen einem heißen Reservoir mit 550 °C und einem kalten Reservoir mit 35 °C. Sie nimmt 4900 kJ Wärme auf. Bestimme die größtmögliche Arbeit W_max, die sie liefern könnte.

Eine Carnot-Wärmekraftmaschine nimmt 50 kW Wärme aus einer Quelle mit 950 °C auf und gibt Wärme an die Umgebung mit 25 °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 25 °C abgibt. Bestimme den Wärmestrom Q̇_L, der dem Gefrierraum entzogen wird.

Ein Kühlschrank hält seinen Kühlraum auf 5 °C in einer Küche mit 30 °C und entzieht dem Kühlraum Wärme mit 1,5 kW. Bestimme die minimale Antriebsleistung Ẇ_min.