Kreisprozess

Hallo und ganz herzlich Willkommen. In diesem Video geht es um den Kreisprozess. Du kennst Zustandsänderungen und Zustandsgrößen. Nachher weißt du Bescheid über periodisch arbeitende Maschinen, den Kreisprozess in beiden Richtungen, die Funktionsweise einer Wärmekraftmaschine und die Darstellung des Kreisprozesses im Indikatordiagramm. Der Film besteht aus Vier Abschnitten. Erstens: Funktionsweise einer Wärmekraftmaschine. Zweitens: Wärmekraftmaschinen arbeiten periodisch. Drittens: Der Kreisprozess. Und viertens: Wärmekraftmaschinen als thermische Energiewandler. Erstens: Funktionsweise einer Wärmekraftmaschine. Wir erinnern uns: Zu den Wärmekraftmaschinen gehören die Dampfmaschinen, die Stirlingmotoren, auch Heißluftmotoren genannt, die Verbrennungsmotoren, wie zum Beispiel der Dieselmotor und die Gasturbinen. Bei der thermodynamischen Untersuchung der Prozesse betrachtet man Gase. In guter Näherung, kann man diese als Ideal annehmen. Das heißt für diese Gase gilt die allgemeine Gasgleichung. Schauen wir uns so eine Wärmekraftmaschine einmal an. Damit sie funktioniert, benötigt man ein heißes Reservoir der Temperatur T1. Ebenso braucht man ein kaltes Reservoir der Temperatur T2, dazwischen arbeitet die Wärmekraftmaschine. Aus dem heißen Reservoir gelangt Wärme, Q1, in die Wärmekraftmaschine. Diese wird vermindert, bis zu Wärme Q2, die in das kalte Reservoir gelangt. Aus der Wärmedifferenz produziert die Wärmekraftmaschine Arbeit, W. Wir notieren. Arbeit entsteht durch Wärmeübertragung. Trapattoni würde sagen: „Ich habe fertig!“ Aber zufriedenstellend ist das doch wohl nicht. Denn die Wärmekraftmaschine läuft von warm zu kalt und steht. So haben wir uns das nicht gedacht. Aber wie ist das Problem zu lösen? Es gibt nur einen Ausweg. Zweitens: Wärmekraftmaschinen arbeiten periodisch. Nehmen wir uns als Modell eine einfache Kolbenmaschine. Bei Erwärmung wird der Kobel aus dem Zylinder herausgedrückt. Das Volumen im Zylinderraum wird größer. Nun ist das maximale Volumen erreicht. Jetzt beginnt ein Kühler zu wirken. Durch die Abkühlung wird das Volumen stetig geringer. Das geht soweit, bis das ursprüngliche, minimale Volumen wieder erreicht ist. Und so geht das ständig weiter. Volumenvergrößerung, Volumenverminderung. Bei Erwärmung, beim Abkühlen. Erwärmung, mit verbundener Expansion und Abkühlung, mit verbundener Kompression, wechseln periodisch. Ganz wichtig ist noch folgende Bemerkung. Eine Wärmekraftmaschine benötigt einen Kühler, um überhaupt periodisch arbeiten zu können. Periodisch heißt zyklisch. Und zyklisch heißt kreisförmig. Drittens: Der Kreisprozess. In Wärmekraftmaschinen findet Kreisprozesse statt. So, wie ein richtiger Kreis. Aber auch so, wo der Kreisprozess eine andere Form beschreibt. Die Arbeit einer Wärmekraftmaschine lässt sich durch einen geschlossenen Kurvenzug beschreiben. Gewöhnlich geschieht das grafisch, indem man P über V abträgt. Den Kurvenverlauf für die Wärmekraftmaschine bezeichnet man als Indikatordiagramm. Dieser Kurvenverlauf ist ein Beispiel für einen Kreisprozess. Ein Kreisprozess ist die Aufeinanderfolge verschiedener Zustandsänderungen eines thermodynamischen Systems mit Rückkehr in den Ausgangszustand. Eins, Zwei und Drei sind bestimmte Zustände des Kreisprozesses. Dazwischen finden Zustandsänderungen statt. Die Richtung des Kreisprozesses, soll so verlaufen, wie ich sie kennzeichne. Nehmen wir zum Beispiel den Zustand Eins als Start und Ziel an. Der Kreisprozess soll vollständig verlaufen. Einen ganzen Zyklus, von Eins zu Eins. Daraus ergibt sich, dass weder die innere Energie, noch die Temperatur, oder der Druck, oder das Volumen, Änderungen erfahren. Viertens: Wärmekraftmaschinen als thermische Energiewandler. Es gibt Zwei Richtungen für den Kreisprozess. Meistens hat man es mit einem rechtslaufenden Kreisprozess zu tun. Das ist eine Wärmekraftmaschine. Die zweite Möglichkeit besteht darin, dass man es mit einem linkslaufenden Kreisprozess zutun hat. Dann hat man eine Kältemaschine. Den ersten Fall möchte ich an einem Beispiel im Indikatordiagramm veranschaulichen. Der Prozess wird durch Vier Zustände gekennzeichnet. Er ist rechtslaufend. Folglich handelt es sich um eine Wärmekraftmaschine. Die Wärmekraftmaschine nutzt die innere Energie eines Energiespeichers. Sie durchläuft einen rechtslaufenden Kreisprozess. Die Wärmekraftmaschine verrichtet mechanische Arbeit. Die vom System verrichtete Arbeit ist gleich der Differenz aus zugeführter und abgeführter Wärme. |W| = |Qzu| - |Qab|. Das gilt für jeden Zyklus. Und jetzt ein Indikatordiagramm für ein gegenteiliges Beispiel. Diesmal läuft der Kreisprozess in die entgegengesetzte Richtung ab. Der Kreisprozess ist linkslaufend. Somit haben wir es mit einer Kältemaschine zutun. Kältemaschinen, das ist die Voraussetzung, sind durch einen linkslaufenden Kreisprozess gekennzeichnet. In Kältemaschinen wird Wärme, vom kalten Energiespeicher, zum heißen Energiespeicher, transportiert. Dafür ist es notwendig, dass mechanische Arbeit zugeführt wird. Die am System verrichtete Arbeit ist gleich der Differenz aus abgeführter und zugeführter Wärme. Das gilt für jeden Zyklus. Das war ein weiterer Film von André Otto. Ich wünsche euch alles Gute und viel Erfolg. Tschüss.