Alle Wärmekraftmaschinen funktionieren nach dem gleichen Grundprinzip. Ein beweglicher Kolben wird vom Druck p der Moleküle eines Gases eine Strecke x nach außen bewegt. Die Kraft, die somit auf den Kolben wirkt ( Kolbenfläche = A), ist mit F = p A gegeben. Die bei der Volumsausdehnung des Gases verrichtete Arbeit ist gleich dem Produkt Kraft mal Weg. Daraus ergibt sich die Formel: W = p V, wobei die Volumszunahme des Gases V = A x
Die verrichtete Arbeit ist durch eine Fläche unter dem daraus resultierenden Graphen p(V) gegeben (siehe Handout). Während der Expansion nimmt der Druck im Zylinder allmählich ab. Mit Hilfe der Integralrechnung kann man die Fläche unter dem Graphen genau bestimmen, wobei ich aber darauf nicht näher eingehen will.
Die erste Erfindung dieser Art ist die Dampfmaschine, die um 1700 eine neue Epoche in der Geschichte der Menschheit einleitete und die industrielle Revolution in Gang setzte. Heute sind Diesel- und Benzinmotoren die meist verwendeten Wärmekraftmaschinen. Der Kolben wird hier nicht mehr durch Dampf in Bewegung gesetzt sondern durch eine kontrollierte Explosion von Kraftstoff.
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