Wärmelehre - gilligan-online

6.4.1 Beschreibung des Kreisprozesses
Der Kreisprozess nach STIRLING setzt sich zusammen aus zwei Isothermen und zwei
Isochoren. Er ist in Abb. 6-05 in einem idealisierten p,V-Diagramm dargestellt. Der
Arbeitsstoff bleibt im System eingeschlossen, es liegt ein geschlossenes System vor.
Erwärmung und Abkühlung erfolgt von außen.
Der Arbeitsstoff durchläuft folgende Zustandsänderungen
• '1' → '2': Isochore Wärmeaufnahme (Aufwärmen von auf T ).
Q12
T1
2
T 2
Q23
= Arbeitsabgabe − W23
Q34
T2
T1
T 1
• '2' → '3': Isotherme Expansion bei der Temperatur ).
(Wärmeaufnahme
• '3' → '4': Isochore Wärmeabgabe (Abkühlen von auf ).
• '4' → '1': Isotherme Kompression bei der Temperatur
(Wärmeabgabe − Q 41 = Arbeitsaufnahme W 41 ).
6.4.2 Umgesetzte Wärmen und Arbeiten
Wegen Δ T = T2 −T1
= T1
−T2
ist betragsmäßig die Wärmeaufnahme auf dem Weg ('1' → '2') gleich der Wärmeabgabe
auf dem Weg ('3' → '4').
Bei der technischen Realisierung in einem Heißgasmotor wird das Arbeitsgas auf
den Wegen ('1' → '2') und ('3' → '4') nicht periodisch von außen aufgeheizt bzw. abgekühlt.
Vielmehr pumpt man den Arbeitsstoff mittels eines Verdrängerkolbens von
einem Raum im Kontakt mit dem Wärmebad T 1 in einen Raum im Kontakt mit dem
Wärmebad T 2 und umgekehrt. Für die Aufwärmung des Arbeitsstoffes auf dem Weg
('1' → '2') und die Abkühlung auf dem Weg ('3' → '4') sorgt ein Wärmespeicher (Regenerator).
Die dabei übertragenen Wärmen Q12
und Q34
bleiben innerhalb der Maschine,
so dass nur die Wärmen Q23
und Q41
über die Systemgrenzen ausgetauscht
werden. Technisch wird der Regenerator durch Kupferwolle realisiert, durch die der
Arbeitsstoff auf den Wegen ('1' → '2') bzw. ('3' → '4') gedrückt wird (vgl. Abb. 6-06).
6.4.3 Thermodynamischer Wirkungsgrad
Es gilt die Definition für den thermodynamischen Wirkungsgrad
η
th,C
=
abgegebene Arbeit W
aufgenommene Wärme Q
23
Die insgesamt abgegebene Arbeit W ist die Summe aller bei den Zustandsänderungen
übertragener Arbeiten
W = W + W + W +
12 23 34 W41
Für die beiden isochoren Prozesse ist
W = W 0
12 34 =
Für die beiden isothermen Prozesse ergibt sich
Wärmelehre – Abschnitt 6
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’2. Hauptsatz der Wärmelehre’