Carnot-Prozess

Anel Ibragim, T-Kurs

Carnot-Prozess

Nicolas Léonard Sadi Carnot

Der Carnot-Kreisprozess oder -Zyklus ist ein Gedankenexperiment, das zur Realisierung einer reversiblen Wärme-Kraft-Maschine zur Umwandlung von Wärme in Arbeit dient. Der Carnot-Prozess wurde 1824 von Nicolas Léonard Sadi Carnot entworfen, und er legte auch gleichzeitig den Grundstein für die Thermodynamik.

Carnot intendierte diesen rein theoretischen Zyklus nicht nur 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 anderen darstellen.

KReisprozess

T-S-Diagramm

Es wird ein geschlossenes System betrachtet, welches aus vier offenen Systemen besteht. Innerhalb des Systems befindet sich ein Gas.

Zustandsänderung (1→2): Isotherme Kompression (reibungsfrei)

Zustandsänderung (2→3): Isentrope Kompression (adiabat und reibungsfrei)

Zustandsänderung (3→4): Isotherme Expansion

Zustandsänderung (4→1): Isentrope Expansion

Die Nutzarbeit des Carnot-Prozesses

Die Nutzarbeit des Carnot-Prozesses

1-2: Die Temperatur bleibt konstant während sich der Druck und das Volumen ändern. Arbeit W12 wird dem System Energie zugeführt, Wärmeenergie Q12 muss abgeführt werden.2-3: Die Temperatur steigt auf T2, der Druck wird immer noch größer und das Volumen sinkt minimal weiter. 3-4: Die Temperatur bleibt konstant, das Volumen steigt und der Druck sinkt. Wärme Q34 muss zugeführt werden, Arbeit W34 wird abgeführt.4-1: Die Temperatur sinkt wieder auf T1 ab, der Druck wird immer noch kleiner und das Volumen steigt maximal weiter.

p-V-Diagramm

Damit bot der Carnot-Zyklus eine wichtige Neuerung in einer Zeit, in der die Umwandlung von Wärme und mechanischer Arbeit in einander, wie sie in den aufkommenden Dampfmaschinen stattfand, nicht gemessen oder theoretisch dargestellt werden konnte. Mit seiner Hilfe konnten erstmals Phänomene, die mit Wärme in Verbindung standen, in die etablierte Theoriesprache der Mechanik übersetzt werden. Er bildete die Grundlagen für das Verständnis der Energieerhaltung und der Entropie. Gleichzeitig ist der Wirkungsgrad des Carnot-Kreises so empfindlich gegenüber Abweichungen von der Idealität (Reibungsverluste), dass dieser Kreisprozess noch nie in realen Wärmekraftmaschinen eingesetzt wurde.

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