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Carnot-Prozess

Carnot-Maschine als Zeitdiagramm mit Temperatur (rot = heiß und blau = kalt). Quelle: Menner
Carnot-Faktor für Strom, Brennstoff und Wärme. Quelle: Solites

Der Carnot-Kreisprozess oder -Zyklus ist ein Gedankenexperiment, das Anfang des 19. Jahrhunderts von Nicolas Léonard Sadi Carnot entworfen wurde und den Grundstein für das Gebiet der Wärmelehre legte. Es umfasst einen über einen Kolben verstellbaren Zylinder, der Wärme- und Kältequellen ausgesetzt oder aber thermal isoliert, also vor Wärmeaustausch geschützt werden kann. Carnot intendierte diesen rein theoretischen Zyklus nicht als Beschreibung maschineller Prozesse, sondern übertrug mit ihm das Prinzip der Kausalität auf Phänomene, die mit Wärme im Zusammenhang stehen: Da der Kreisprozess umkehrbar ist, lässt sich jedes Stadium als alleiniger Effekt der drei weiteren Stadien darstellen.

Damit bot der Carnot-Zyklus eine wichtige Neuerung in einer Zeit, in der die Übersetzung von Wärmearbeit und mechanischer Arbeit in einander, wie sie in den aufkommenden Dampfmaschinen stattfand, weder gemessen noch theoretisch dargestellt werden konnte. Mit seiner Hilfe konnten erstmals Phänomene, die mit Wärme in Verbindung standen, in die etablierte Theoriesprache der Mechanik übersetzt werden. Im Laufe des 19. Jahrhunderts wurde der Carnot-Zyklus zu einem Dreh- und Angelpunkt der akademischen Auseinandersetzung um Wärme. Mit seiner Reformulierung durch William Thomson und Rudolf Clausius bildete er die Arena für die Probleme der Energieerhaltung und der Entropie

Carnot-Zyklus

Vereinfacht hat der Karnot-Zyklus vier Abchnitte:

  • isotherme Kompression des Arbeitsmediums, wobei Abwärme auf niedrigem Temperaturniveau an ein Kühlmedium abgegeben wird
  • weitere Kompression, nun aber ohne Wärmeaustausch (adiabatisch)
  • isotherme Expansion, wobei Wärme aus einer Hochtemperatur-Wärmequelle aufgenommen und Arbeit geleistet wird
  • weitere adiabatische Expansion (ohne Wärmeaustausch) mit Leisten von Arbeit bis zum Erreichen der ursprünglichen Temperatur

Carnot-Faktor

Der Carnot-Faktor gibt an, wie viel Strom (mechanische Arbeit) bei einer vorgegebenen Temperatur aus der Wärmeenergie gewonnen werden kann.

Bedeutung in der Geothermie

Wie bei jedem andern thermischen Kraftwerk (Öl, Gas, nuklear, solarthermisch) begrenzt der Carnot-Wirkungsgrad den energetischen Wirkungsgrad nach oben. Dies ist insbesondere bei Niedertemperaturkraftwerken ein Kriterium für die Wirtschaftlichkeit. Die realisierten energetischen Wirkungsgrade liegen immer noch etwas niedriger und werden gelegentlich auch in Prozent-Carnot angegeben. Dies kommt dann schon einem exergetischen Wirkungsgrad nahe, der leider zu wenig Beachtung findet, wahrscheinlich wegen der komplexeren Definition.

Weblink

https://de.wikipedia.org/wiki/Carnot-Prozess 

zuletzt bearbeitet März 2020