Thermodynamische Grundlagen

1. Hauptsatz = Energieerhaltungssatz

Entropie = S

Wärme muss abgeführt werden -> wird in mechanische Energie umgewandelt.

Wärme wird umgewandelt in mechanische Arbeit.

Er benötigt:

1. isobar (Druck const.)

2. isochor (Volumen const.)

Gemäß 2. Hauptsatz muss in Kreisprozess Entropie ansteigen -> Wärmeabfuhr um Entropieanstieg zu kompensieren = konstante Entropie im System

In Wärmekraftmaschine = Kühlung

Isentrop = Entropie konstant

Der Clausius-Rankine-Prozess ist ein thermodynamischer Kreisprozess, der oft in Dampfkraftwerken verwendet wird, um mechanische Arbeit aus Wärmeenergie zu gewinnen. Hier sind die Schritte des Prozesses:

1. Verdampfung (Isotherme Expansion):

• Beginnen wir mit Wasser in einem geschlossenen System, das auf konstantem Druck gehalten wird.

• Das Wasser wird erhitzt und verdampft bei konstantem Druck. Dieser Schritt entspricht einer isothermen Expansion, da die Temperatur konstant bleibt.

2. Isentrope Expansion (Isoentropischer Prozess):

• Der gesättigte Dampf wird dann isentrop (adiabatisch und reversibel) expandiert. In diesem Schritt wird die Dampftemperatur und der Druck abnehmen.

3. Kondensation (Isotherme Kompression):

• Der expandierte Dampf wird in einem Kondensator bei konstantem Druck kondensiert. Dies entspricht einer isothermen Kompression, da die Temperatur während dieses Prozesses konstant bleibt.

4. Isentrope Kompression (Isoentropischer Prozess):

• Der resultierende gesättigte Flüssigkeitszustand wird isentrop komprimiert. Dabei steigt die Temperatur und der Druck wieder an.

Der gesamte Zyklus wird als Rankine-Zyklus bezeichnet, und die isentropen Prozesse repräsentieren ideale, reversible Zustandsänderungen. Der Rankine-Zyklus nutzt den Wechsel zwischen Flüssig- und Dampfzuständen von Wasser, um mechanische Arbeit zu erzeugen.

Pädagogisch betrachtet kannst du dir den Clausius-Rankine-Prozess wie folgt vorstellen: Stell dir vor, du hast einen Wasserkocher zu Hause. Du füllst Wasser hinein, erhitzt es, das Wasser verdampft (wie beim Kochen von Wasser). Der entstehende Dampf könnte dann dazu verwendet werden, eine Turbine anzutreiben, die wiederum Strom erzeugt. Nachdem der Dampf seine Arbeit verrichtet hat, wird er durch Kühlung wieder zu Wasser kondensiert und kann dann erneut erhitzt werden, um den Kreislauf zu wiederholen. Der gesamte Prozess zielt darauf ab, so effizient wie möglich Wärmeenergie in mechanische Arbeit umzuwandeln, und das ist der Kern des Clausius-Rankine-Prozesses.