Die Wärmekraftmaschine

Unter einer Wärmekraftmaschine versteht man eine Maschine, die Wärme in mechanische Energie umwandelt.

Wärmekraftmaschinen nutzen Kreisprozesse, bei denen Zustandsänderungen zur Umwandlung von Wärme in mechanische Energie führen.

Da die Zustandsänderungen so ablaufen, dass die geschlossene Kurve im p-V-Diagramm im Uhrzeigersinn, also rechts herum, durchlaufen wird, spricht man auch von rechtslaufenden oder rechtsdrehenden Kreisprozessen.

Beispiele für Wärmekraftmaschinen sind

  • Die Dampfmaschine
  • Der Stirlingmotor
  • Verbrennungsmotoren (Ottomotor, Dieselmotor)
  • Gasturbinen
  • Dampfturbinen
  • Stahltriebwerke von Flugzeugen

Energieflussdiagramm einer Wärmekraftmaschine

Wie in den vorherigen Abschnitten beschrieben, kann innerhalb einer Wärmekraftmaschine nur ein Teil der zugeführten Wärme in mechanische Energie umgewandelt werden - ein Teil der zugeführten Wärme wird an die Umgebung abgegeben.

Das Prinzip der Wärmekraftmaschine sowie die hinein- und hinausfließende Energie lässt sich mit einem sog. Energieflussdiagramm verdeutlichen:

Prinzip einer Wärmekraftmaschine

Energiefluss einer Wärmekraftmaschine

Wirkungsgrad von Wärmekraftmaschinen

Wie bereits beschrieben versteht man unter dem Wirkungsgrad \eta das Verhältnis zwischen verrichteter Arbeit W und zugeführter Wärme Q:

\eta=\dfrac {W}{Q}

Die tatsächlich erreichten Wirkungsgrade von Wärmekraftmaschinen liegen meist erheblich unter dem idealen thermischen Wirkungsgrad. In der folgenden Tabelle sind die durchschnittlichen Wirkungsgrade verschiedener Wärmekraftmaschinen dargestellt:

Art der Wärmekraftmaschine Wirkungsgrad
Dampfmaschine 3 - 10%
Ottomotor bis 35%
Dieselmotor bis 40%
Gasturbine bis 40%
Dampfturbine bis 45%