Carnot-Wirkungsgrad

Der Carnot-Wirkungsgrad, auch Carnot-Faktor genannt, ist der höchste, theoretisch mögliche Wirkungsgrad bei der Umwandlung von Wärmeenergie in mechanische oder elektrische Energie. Angelehnt ist er an den vom französischen Physiker Nicolas Léonard Sadi Carnot erdachten, und nach ihm benannten, Carnot-Prozess, ein idealer Kreisprozess, der genau diesen Wirkungsgrad hat.

Theoretische Grundlage

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Der Wirkungsgrad einer Wärmekraftmaschine wird durch den Zweiten Hauptsatz der Thermodynamik begrenzt. Dort, wo der Prozess die Wärme auf hohem Temperaturniveau entnimmt, tritt zwangsweise eine Abnahme der Entropie ein, bei der Abgabe auf niedrigem Temperaturniveau steigt sie. Da die Entropie bei freiwillig ablaufenden Prozessen nicht abnimmt, ist damit der Anteil der Wärmeenergie vorgegeben, der nicht in Arbeit umgewandelt werden kann, sondern als Wärme auf niedrigerem Temperaturniveau abgegeben werden muss.

Berechnung

Der Wirkungsgrad η berechnet sich aus dem Verhältnis der höchsten () und der niedrigsten () Temperatur des Prozesses nach der Formel:

mit = absolute Temperaturen in K

Der Carnot-Wirkungsgrad ist umso höher, je größer das Temperaturgefälle zwischen und UND je kleiner die untere Temperatur ist.

Tatsächlich wird dieser Wirkungsgrad in der Praxis jedoch nie erreicht und liegt, je nach Kreisprozess, bei einem Drittel bis etwa zwei Drittel des Carnot-Wirkungsgrades.

Beispiel

Der Carnot-Wirkungsgrad eines Prozesses, der zwischen 800°C und 100°C abläuft, beträgt: