Thermodynamik: Leistungsrückgewinnung bei einem Ottomotor durch Ausnutzung des Abgaswärmestroms - wo liegt der Rechenfehler?

Guten Abend liebe Thermodynamiker,

es geht um eine Aufgabe zu obigem Thema. Ich interpretiere die Aufgabenstellung anders als in der Musterlösung und kann die Musterlösung nicht nachvollziehen. Daher würde mich die Meinung eines Dritten zu beiden Lösungswegen interessieren.

Aufgabenstellung:

Gegeben sei ein Ottomotor (Nennleistung 150 kW) mit einem thermodynamischen Wirkungsgrad von 35 %. Die auftretenden Verluste sind zur Hälfte auf das Kühlwasser und zur Hälfte auf das Abgas zurückzuführen. Die Abgastemperatur betrage 800 °C. Welche Leistung kann durch Ausnutzung des Abgaswärmestroms zurückgewonnen werden? Die Temperatur des Rückgewinnungsprozesses betrage 80 °C, der thermodynamische Wirkungsgrad sei 50 %.

Sowohl die Musterlösung als auch meine eigene Lösung sind beigefügt:

In beiden Fällen kommen wir zu dem Schluss, dass eine Wärmeleistung von 139,28 kW in den Leistungsrückgewinnungsprozess eingeführt wird.

Nun habe ich einen thermodynamischen Wirkungsgrad von 50 % gegeben. Da der thermodynamische Wirkungsgrad als Nutzen/Aufwand definiert ist, muss ich meiner Meinung nach einfach die 139,28 kW mit 50 % multiplizieren und habe eine Leistungsrückgewinnung von 69,64 kW.

In der Musterlösung meines Profs wird nun zuerst ausgerechnet, wie viel von 139,29 kW Wärmeleistung in mechanische Leistung umgewandelt werden können, wenn bei den vorgegebenen Temperaturen ein Carnot-Prozess zu Grunde liegt. Dieser Wert wird anschließend noch mit dem thermodynamischen Wirkungsgrad des Rückgewinnungsprozesses multipliziert.

Diese Vorgehensweise der Musterlösung ist meiner Meinung nach nicht korrekt und macht für mich nur Sinn, wenn es sich bei dem Wirkungsgrad um einen exergetischen Wirkungsgrad handeln würde, der das Verhältnis von mechanischer Leistung zu Exergie (nach Carnot) definiert. Die Rechnung der Musterlösung mit den Temperaturen steckt meiner Meinung nach schon im thermodynamischen Wirkungsgrad und ist somit - salopp gesagt - doppelt gemoppelt.

Wie seht Ihr das?

Besten Dank im Voraus und einen schönen Abend.

Herzliche Grüße

carbonpilot01

Thermodynamik: Leistungsrückgewinnung bei einem Ottomotor  durch Ausnutzung des Abgaswärmestroms - wo liegt der Rechenfehler?
Schule, Technik, Leistung, Energie, Chemie, Energieumwandlung, Maschinenbau, ottomotor, Physik, Technologie, Thermodynamik, Wirkungsgrad
Thermodynamik: Öffnung des Ventils bei einer Stickstoffflasche mit 50 l Inhalt und 100 bar, 20°C -> Welche arbeit verrichtet die Flasche an die Umgebung?

Guten Abend liebe Thermodynamiker,

ich stehe leider bei einer Aufgabe zur Thermodynamik ziemlich auf dem Schlauch.

Wir haben eine Stickstoffflasche mit 50 l Inhalt und 100 bar, 20 °C. Nun entströmen 75 % des Masseninhalts ohne Wärmetausch mit der Umgebung (1 bar, 23 °C).

a) Welche Arbeit wird an die Umgebung verrichtet?

b) Welche Temperatur T2 stellt sich in der Flasche ein unter der Annahme, dass m1 die gesamte Arbeit verrichtet hat?

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Meine Lösungsansätze:

geg.: V = konst. = 50 l, p1 = 100 bar, T1 = 20 °C, m2 = 0,25*m1, p_u = 1 bar, T_u

Hilfreich sein sollte zudem die Gleichung eines idealen Gases: p*V = m*R*T

Nun wollte ich zunächst einmal klären, ob eine isochore, isobare, isotherme, isentrope oder polytrope Zustandsänderung vorliegt, da ja jeweils die (Volumenänderungs-)Arbeit anders berechnet wird.

Eine isochore ZÄ ist auszuschließen, da das spezifische Volumen durch das Ablassen der Gasmasse steigt. Eine isobare ZÄ schließe ich ebenfalls aus, da der Druck in der Flasche ganz klar beim Öffnen des Ventils sinkt.

p*V = m*R*T spezifisch geschrieben führt zu p*v=R*T. Da der Druck durch das Öffnes des Ventils abnimmt, aber das spezifische Volumen zunimmt (Identisches Volumen, weniger Masse), könnte T theoretisch konstant bleiben - dann hätten wir eine isotherme ZÄ. Nach obigem Ausschlussverfahren bleiben nun noch isotherme, isentrope und polytrope ZÄ übrig.

Wir wissen nun, dass bei einer isentropen bzw. polytropen ZÄ n > 1 ist, zudem aber auch p*v^n konstant sein muss. Mit p*v^n konstant mit n>1 wissen wird, dass das Produkt p*v immer kleiner wird, je höher n. Nach unserer Gasgleichung müsste somit auch die sich einstellende Temperatur T nach Ablassen immer kleiner werden. Dies ist aber nicht möglich, da Wärme nicht von der kälteren Gasflasche in die wärmere Umgebung fließen kann. Damit ist ausgeschlossen, dass unsere ZÄ polytrop oder isentrop ist.

=> Die beschriebene ZÄ erfolgt isotherm.

MEINE FRAGE: Ich möchte gerne nur bestätigt haben, dass meine Überlegungen korrekt sind. Formeln für jede ZÄ habe ich selbst und Umstellen/Einsetzen ist nicht die Kunst. Also, ist es eine isotherme ZÄ oder doch eher isentrop/polytrop?

Vielen Dank im Voraus.

Grüße carbonpilot01

Chemie, Maschinenbau, Physik, Thermodynamik, Edelgase
Naturwissenschaftliche Studienarbeit: "Angemessene" Gliederung zur Dokumentation von Versuchen/Experimentenn?

Guten Morgen zusammen,

ich studiere dual Maschinenbau und bin aktuell dabei, meine erste "richtige" wissenschaftliche Arbeit zu schreiben.

Ein Baustein meiner Arbeit sind einige (ca. 10) Versuche im Labor.

Nun bin ich ziemlich hin- und hergerissen, wie ich dieses Kapitel am besten aufgliedere.

Vorschlag 1 (dafür scheint mein Hochschulbetreuer zu plädieren, wie er indirekt gesagt hat):

1Experimentelles

1.1Versuchsbeschreibung (nun erst alle 10 Versuche beschreiben)

1.2Nun alle Beobachtungen/Messergebnisse darstellen (von allen 10 Versuchen)

1.3Nun alle Ergebnisse diskutieren/ bewerten (von allen 10 Versuchen)

Allerdings habe ich die Bedenken, dass es so etwas schwer für den Leser wird, der Arbeit zu folgen. Wenn man bei 1.2 das Messergebnis von Versuch 1 sieht, der bei Kapitel 1.1 beschrieben wurde und man danach noch 9 andere Versuchsbeschreibungen gelesen hat, muss man vielleicht zurückblättern und nochmal die Beschreibung von Versuch 1 lesen?

Vorschlag 2 (dafür plädiert mein Unternehmensbetreuer, er hat ebenfalls promoviert):

1Experimentelles

1.1Versuch 1 (Beschreibung und Messergebnisse, Deutung in separates Kapitel)

1.2Versuch 2 (Beschreibung und Messergebnisse)

...

1.10Versuch 10 (Beschreibung und Messergebnisse)

So hat man eben ein Wechsel zwischen Beschreibung und Ergebnisdarstellung, was auch nicht gerade optimal ist, wahrscheinlich könnte man so der Arbeit aber eher folgen (meine Vermutung).

Ich würde mich sehr freuen, wenn sich ein paar Leute technischer Studiengänge dazu äußern und mir sagen, wie sie ihre Arbeit (Hausarbeit/Diplom/Bachlor/Master/Promotion) gewöhnlich aufbauen (nach Vorschlag 1 oder 2) und wie das beim Betreuer ankommt. Was ist der übliche Weg, den ihr nehmen würdet?

Vielen Dank!

Grüße carbonpilot01

Studium, Schule, Technik, Chemie, Hausarbeit, Naturwissenschaft, Physik, Universität, Gliederung, wissenschaftliche Arbeit, Ausbildung und Studium
Wie kann ich folgendes Buch korrekt im Literaturverzeichnis angeben (Studienarbeit, Projektarbeit)?

Guten Tag,

ich habe folgendes Buch online gefunden und ich möchte es gerne als Literaturquelle mit in meine Arbeit aufnehmen:

https://www.boell.de/sites/default/files/2019-11/Plastikatlas_2019_3._Auflage.pdf

Ich gehe sehr davon aus, dass es ein Buch ist (keine Zeitschrift o. Ä.), da auf der zweiten Seite eine ISBN-Nummer angegeben ist.

Von unserem Professor haben wir folgende Vorgaben erhalten, wie wir aus einem Buch/ einer Monografie zitieren sollen:

Autoren (Nachnamen, Vornamen), Titel, Auflage, Verlagsname, Verlagsort, Erscheinungsjahr

Zudem müssen, wenn mehr als drei Autoren genannt sind, diese nicht alle namentlich genannt werden. In solchen Fällen können lediglich die ersten drei Autoren genannt werden und mit dem Zusatz et al. (lat. für et alii) versehen werden.

Meine Fragen:

1.) Wie gehe ich bei den Autoren vor? Soll ich die drei Personen aufführen, die die inhaltliche Verantwortung haben? D. h.: Fuhr, Lili, Buschmann, Rolf, Freund, Judith? Oder soll ich die ersten drei Autoren aufführen, von denen Originalbeiträge im Werk sind? Also: Arkin, Claire, Caterbow, Alexandra, Chemnitz, Christine? Oder macht es vielleicht hier doch eher Sinn, anstelle des Autors die veröffentlichende Institution zu nennen? Also: Bund für Umwelt und Naturschutz Deutschland, Heinrich Böll Stiftung?

2.) Was soll ich bei Verlagsname und Verlagsort hinschreiben? Ein Verlag steht ja nirgendswo angegeben? Meines Wissens ist der Verlag ja auch nicht das gleiche wie die für den Druck zuständige Firma, also das Druckhaus Kaufmann in Lahr. Oder ist der Verlag die Heinrich-Böll-Stiftung bzw. der Bund für Umwelt und Naturschutz Deutschland (BUND)?

Also: Wie würdet ihr dieses Werk in das Literaturverzeichnis aufnehmen unter Berücksichtigung der formellen Vorgaben des Professors?

Vielen Dank!

Grüße carbonpilot01

Studium, Schule, Wissenschaft, Hausarbeit, Literatur, wissenschaftliches-arbeiten, Literaturverzeichnis, Ausbildung und Studium
Gewichtsanzeigen einer Waage beim Wiegen verschiedener Gegenstände im Wasserbad - aufsteigende Ordnung nach dem Waagenausschlag?

Hallo liebe Physiker,

es geht um die folgende Aufgabe in unserem Skript, über die ich nun schon länger knobel:

Mein Kommillitone meint, dass (b) den höchsten Waagenausschlag hat, während der Ausschlag in allen anderen vier Fällen gleich sei.

Das würde ich so nicht unterschreiben, bin dabei aber auch sehr unsicher, mein Vorschlag wäre: b > a = c = e > d

Meiner Meinung nach hat (b) ebenfalls den höchsten Ausschlag.

(d) muss den niedrigsten haben, da die Dichte des Holzes halb so groß wie die des Wassers ist und der Holzklotz mit dem Gefäßboden verbunden ist, somit ist er komplett untergetaucht. Das Gesamtvolumen ist also identisch mit dem Gefäß, in dem nur Wasser ist.

(c) und (a) müssen nach dem archimedischen Prinzip eigentlich den selben Ausschlag wie (e) (nur Wasser) haben. Sowohl auf den Eiswürfel als auch auf das Boot wirkt deren Gewichtskraft und eine betragsgleiche, aber entgegengerichtete Auftriebskraft. Diese Auftriebskraft is nach dem archimedischen Prinzip gleich der Gewichtskraft des verdrängten Wassers, das läuft aber über, da der Behälter vorher schon randvoll war. Daraus lässt sich schließen, dass die Gewichtskraft der eingetauchten Objekte gleich mit der Gewichtskraft des übergelaufenen Wassers ist.

Mein Vorschlag wäre daher: b > a = c = e > d

Würdet ihr so zustimmen oder was ist euer Vorschlag?

Besten Dank und einen schönen zweiten Advent!

Grüße carbonpilot01

Gewichtsanzeigen einer Waage beim Wiegen verschiedener Gegenstände im Wasserbad - aufsteigende Ordnung nach dem Waagenausschlag?
Schule, Technik, Chemie, Dichte, Druck, Gleichungen, Naturwissenschaft, Physik, Auftrieb, archimedisches Prinzip