Theorie Carnotor

Aufbau und Funktion

Der Carnotor ist eine ideale Maschine, welche das Verhalten eines homogenen Stoffes unter Zu- oder Abfuhr von Entropie bzw. unter Kompression oder Expansion modelliert. Der Carnotor lässt sich auf vier Arten beschalten. Mit jeder Beschaltung kann einer der vier Basisprozesse (isochor, isobar, isentrop und isotherm) simuliert werden. Sind die konstitutiven Gesetzte bekannt, vermag der Carnotor das thermodynamische Verhalten eines beliebigen, homogene Stoffe zu beschreiben.

Der Carnotor besteht aus einem beidseits geschlossenen Zylinder, der durch einen frei verschiebbarer Kolben in zwei Kammern unterteilt wird. Die eine Kammer ist mit dem zu untersuchenden, flüssigen oder gasförmigen Stoff gefüllt. In der zweiten Kammer befindet sich eine ideale Hydraulikflüssigkeit (inkompressibel, keine Zähigkeit), die nachfolgend als Fluid bezeichnet wird. Zylinder und Kolben sind thermisch isoliert, lassen also keine Wärme durch. Einzig ein Stück des Zylinderbodens ist für die Wärme durchlässig. Durch diese Verbindung (thermischer Port) kann der Stoff wärmeleitend mit der Umwelt (Wärmebad) oder mit einer Wärmepumpe verbunden werden. Der Zylinderdeckel weist einen hydraulischen Anschluss (hydraulischer Port) auf. Über diesen Port kann eine zweite Verbindung zur Umwelt (Ausgleichsbecken) oder zu einer Hydraulikpumpe hergestellt werden.

Carnotor Zusammenstellung

Der thermische Port, der hier mit Kupfer angeschrieben ist, sollte eigentlich aus einem ideal Wärme leitenden Material gefertigt sein. Man spricht dann von einer diathermen Verbindung. Zudem müsste die thermische Isolation vollkommen sein. Ideal isolierende Systemgrenzen nennt man in der Physik adiabatisch. Sowohl die Wärmepumpe/Wärmekraftmaschine als auch die Pumpe/Turbine sollten verlustfrei arbeiten. All diese Idealisierungen erlauben eine einfache Analyse der dynamischen Prozesse.