Kreisprozess

Bei einem Kreisprozess verändert ein homoges System seinen Zustand über mehrere Teilprozesse, bis es wieder in den Anfangszustand zurück gekehrt ist. Ein idealer oder reversibler Kreiprozess besteht aus einer Abfolge von Gleichgewichtszuständen. Ingenieure unterscheiden zwischen rechts herum laufenden und links laufenden Kreisprozessen. Erstere setzen Energie frei und werden in Wärmekraftmaschinen realisiert. Links laufende Prozesse, die Energie aufnehmen, treten in Wärmepumpen auf.

In der Thermodynamik untersucht man meistens ideale Kreisprozesse mit den beiden extensiven Zustandsgrössen Volumen und Entropie. Bei diesen Kreisprozessen wird entweder geheizt bzw. gekühlt oder komprimiert bzw. expandiert. Der Heizprozess kann isochor oder isobar, der Kompressionsprozess isentrop oder isotherm geführt werden. Prozesse, bei denen die Entropie durch Zu- oder Abfuhr und das Volumen durch Vernichtung (Kompression) oder Erzeugung (Expansion) verändert wird, lassen sich mit Hilfe des Carnotors simulieren.

Beispiele reversibler Kreisprozesse:

• rechts laufende Kreisprozesse zwischen zwei Wärmebädern fester Temperatur
  • Carnot-Zyklus
  • Ericsson-Zyklus
  • Stirling-Zyklus
• weitere rechts laufende Kreisprozesse
  • Joule-Zyklus
  • Otto-Zyklus
  • Diesel-Zyklus
  • Rankine-Zyklus
• links laufende Kreisprozesse
  • Kaltdampfprozess
  • Heissdampfprozess

Ideale, rechts laufende Kreisprozesse, die zwischen einem Wärmebad der Temperatur T₁ und einem Bad der Temperatur T₂ arbeiten, weisen den Carnot-Wirkungsgrad auf

[math]\eta_C=1-\frac{T_1}{T_2}[/math]

Bei idealen, links laufenden Kreisprozessen redet man von einer Leistungsziffer. Die ideale Leistungsziffer eines zwischen T₁ und T₂ links laufenden Kreisprozesses ist bei einer Wärmepumpe gleich

[math]\epsilon_C=\frac{T_2}{T_2-T_1}[/math]

und bei einer Kältemaschine gleich

[math]\epsilon_C=\frac{T_1}{T_2-T_1}[/math]

Die unterschiedliche Temperatur im Zähler der beiden Leistungsziffern ergibt sich aus dem Anwendungszweck: bei der Wärmepumpe interessiert die auf höherem thermischen Niveau (Temperatur T₂) abgegebene Wärme, bei einer Kältemaschine die aus dem kalten Bereich bei T₁ abgezogene Wärme.