Wärmekraft-maschine	Wärmepumpe	Kältepumpe
Aufbau	Aufbau	Aufbau
Betrieb	Betrieb	Betrieb
Arbeitszyklus	Arbeitszyklus	Arbeitszyklus
p(V)-Diagramm	p(V)-Diagramm	p(V)-Diagramm
Energiefluss	Energiefluss	Energiefluss

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	Projiziertes reales p(V)-Diagramm.

Physikalischer Hintergrund

Bereits ein erster Blick auf das mittels p(V)-Indikator und Laserstrahl projizierte p(V)-Diagramm zeigt deutliche Unterschiede zu dem theoretisch erwarteten Verlauf: Es gibt beispielsweise keine "reinen" isochoren Übergänge.

Die Unterschiede lassen sich erklären aufgrund folgender Tatsachen:

• Isochore Zustandsänderungen sind mechanisch prinzipiell nicht möglich, da bei einem "rundlaufenden" Motor das Volumen nie absolut konstant gehalten werden kann.
• Isotherme Zustandsänderungen können ebenfalls nur näherungsweise erreicht werden. Das Arbeitsgas (Luft) hat über das gesamte Volumen gesehen keine einheitliche Temperatur. Während sich im oberen Bereich der Glühwendel in jeder Phase des Arbeitszyklus stets ein Restvolumen auf hoher Temperatur gehalten wird, befindet sich im unteren Teil stets ein Restvolumen auf niedriger Temperatur.

Trotz dieser prinzipiellen Schwierigkeiten sollen im Folgenden experimentelle Daten mit der Theorie verglichen werden. Dazu wurden die originalen Messdaten des Gerätehersteller Leybold übernommen.

Vergleich der theoretisch vorhergesagten Kurve (rot) mit den aufgenommenen Messwerten (blau).

Die Grafik zeigt zum einen die experimentelle Kurve, zum anderen die theoretisch errechnete. Da die experimentell aufgenommenen Daten relative Daten darstellen, wurden sie in absolute Werte transformiert.

Dem liegen folgende Annahmen zugrunde: Ein minimales Volumen von 154 cm³ und ein minimaler Druck von 1013 hPa (normaler Luftdruck) bei maximalem Volumen.

Die theoretisch berechnete Kurve basiert auf folgenden Grundannahmen: minimale Temperatur 0°C (eisgekühltes Wasserbad), maximale Temperatur 35°C, Arbeitsvolumen 292 cm³, woraus sich eine Stoffmenge von 0,0130 mol ergibt. Die Temperatur der Glühwendel ist natürlich um ein Vielfaches höher. Dennoch kann man davon ausgehen, dass das Arbeitsgas sich in der Kürze der Zeit (im Leerlauf 500 U/min, d.h. eine Umdrehung dauert 1/8 s!) nicht stärker erwärmen kann.