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 T_w die Temperatur des wärmeren und T_k 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 $\eta_\text{Wp, Carnot} = \dfrac{T_\text w}{T_\text w - T_\text k}$.