Arbeitsblatt Wärmekraftmaschinen und Kältemaschinen mit Lösungen

Eine Wärmepumpe mit einer Leistungszahl von 4,2 gibt 14,5 kW Wärme an ein Haus ab. Bestimme den Wärmestrom Q̇_L, den sie der Außenluft entzieht.

Eine Wärmekraftmaschine nimmt pro Zyklus 4000 kJ Wärme aus einem heißen Reservoir auf und gibt 2200 kJ an ein kaltes Reservoir ab. Bestimme die Nutzarbeit W, die sie pro Zyklus liefert.

Eine Wärmekraftmaschine arbeitet zwischen einem heißen Reservoir mit 625 °C und einem kalten Reservoir mit 20 °C. Sie nimmt 3400 kJ Wärme auf. Bestimme die größtmögliche Arbeit W_max, die sie liefern könnte.

Eine Wärmekraftmaschine nimmt Wärme aus einer Quelle mit 700 °C auf und gibt Wärme an die Umgebung mit 40 °C ab. Ihr tatsächlicher thermischer Wirkungsgrad beträgt 27 %. Bestimme ihren exergetischen Wirkungsgrad η_II, das Verhältnis des tatsächlichen Wirkungsgrads zum Carnot-Wirkungsgrad.

Eine Carnot-Wärmekraftmaschine nimmt 180 kW Wärme aus einer Quelle mit 700 °C auf und gibt Wärme an die Umgebung mit 27 °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 27 °C abgibt. Bestimme den Wärmestrom Q̇_L, der dem Gefrierraum entzogen wird.

Eine Wärmekraftmaschine nimmt pro Zyklus 4300 kJ Wärme aus einem Reservoir mit 500 °C auf, verrichtet 2107 kJ Arbeit und gibt den Rest an ein Reservoir mit 25 °C ab. Bestimme die gesamte erzeugte Entropie S_gen pro Zyklus.