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Lexikon Physik

Wirkungsgrad

Der Wirkungsgrad einer thermodynamischen Maschine \(\eta\) ist der Quotient aus der von ihr geleisteten Arbeit bzw. der abgegebenen Nutzenergie und der ihr zugeführten Energie.

Der Wirkungsgrad liegt immer zwischen 0 und 1, er wird daher auch oft in Prozent angegeben. Bei realen Maschinen ist er immer kleiner als 100 %, da ein Teil der zugeführten Energie durch Reibung, Wärme- und andere Verluste verloren geht.

Bei Wärmekraftmaschinen wird der thermische Wirkungsgrad \(\eta_\text{th}\) als Verhältnis von zugeführter Wärmemenge Q und geleisteter mechanischer Arbeit W definiert:

\(\eta_\text{th} = \dfrac Q W\)

Der maximale thermische Wirkungsgrad ist der eines Carnot’schen Kreisprozesses, er beträgt

\(\eta_\text{Carnot} = \dfrac{T_\text w - T_\text k}{T_\text w} = 1 - \dfrac{T_\text k}{T_\text w}\)

Dabei sind Tw die Temperatur des wärmeren und Tk die des kälteren Wärmereservoirs.

Bei einer Wärmepumpe wird der Wirkungsgrad anders definiert, da hier Energie „hineingesteckt“ und Wärme „gewonnen“ wird:

\(\eta_\text{Wp} = \dfrac{W_\text{ein} }{Q_\text{aus} }\)

Dementsprechend beträgt der maximale Wirkungsgrad einer Carnot-Wärmepumpe \(\eta_\text{Wp, Carnot} = \dfrac{T_\text w}{T_\text w - T_\text k}\).

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