Frage von HelloItsMe3009, 31

Hallo, ich bräuchte Vergleiche oder auch Unterschiede aber am liebsten suche ich die Vergleiche der Dampfmaschine und Dampfturbine?

Antwort
von lks72, 12

Geht es dir um technische Unterschiede und Gemeinsamkeiten oder geht es dir um Physik? Die technischen Sachen kannst du dir zur Genüge mit tollen Bildchen im Internet anschauen. Aus physikalischer Sicht ist interessant, dass der von vielen Physikschülern und Studenten so gehasste carnotsche Kreisprozess seinen Ursprung in der technischen Entwicklung der Dampfmaschinen hatte. Im 18. Jahrhundert waren zyklisch arbeitende Dampfmaschinen die einzigen Wärmekraftmaschinen, die es gab. Zur Beschreibung einer solchen idealen Dampfmaschine dient der carnotsche Kreisprozess.

Eine moderne Dampfturbine mag technisch anspruchsvoller sein, die primären physikalischen Grundlagen sind aber einfacher. Dampf auf hoher Temperatur fließt in die Turbine rein, Dampf auf niedriger Temperatur verlässt die Turbine. Der daraus resultierende Energieunterschied kann zur Drehbewegung genutzt werden. Ein rechnerisches Beispiel:

Durch Dampf auf der Temperatur T1 fließe ein Energiestrom der Stärke P1 in die Turbine hinein, es gilt dann die Formel P1 = T1 * IS, wobei IS der Entropiestrom ist, den der Dampf trägt. Bei einer perfekten Turbine wird keine Entropie erzeugt (es gibt keine Reibung, eine Idealisierung), so dass der gleiche Entropiestrom IS auch wieder die Turbine verlässt, hier ist aber P2 = T2 * IS mit einer niedrigeren Temperatur T2. Die Energiedifferenz

P(Prozess) = P1-P2 = (T1-T2) * IS kann zur Drehbewegung genutzt werden. Formt man noch P1 = T1 * IS nach IS = P1/T1 um und setzt ein, so hat man

P(Prozess) = (T1-T2) * P1 / T1 = P1 * (T1-T2) / T1.

Die Prozessleistung einer idealen Dampturbine hängt also von der Energie ab, die hineinfließt (logisch) und den beiden Temperaturen. Je größer der Temperaturunterschied ist, desto höher ist der Wirkungsgrad. Dieser lautet nämlich

P(Prozess) / P1 = (T1-T2) / T1.

Das ist der sogenannte carnotsche Wirkungsgrad.

p.s. Normalerweise sind diese Herleitungen (in Physikbüchern) wesentlich komplizierter. Das liegt aber, wie oben schon erwähnt, daran, dass man in der Regel im Physikunterricht den historischen Weg geht und eine zyklisch arbeitende Maschine betrachtet. Dies mag historisch wichtig gewesen sein, physikalisch notwendig ist es nicht.

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