Wie funktioniert ein Wärmemotor?
Apolins Physik-Universum
https://www.youtube.com/watch?v=MmKa_Fvvkj0

Transkript (automatisch erstellt)

0:11 benzinmotoren aber auch dieselmotoren dampfmaschinen oder dieser kleine story mode hier sind sogenannte wärmekraft maschinen oder kurz wärme motoren sie
0:20 sind zwar unterschiedlich aufgebaut ihre funktionsweise basiert aber auf demselben physikalischen prinzip welches das ist das erklärt in diesem video
0:30 [Musik] wärme motoren können sehr kompliziert aufgebaut sein man kann aber die
0:45 grundlegende arbeitsweise sehr stark herunter brechen ich brauche für eine einfache erklärung nur ein zylinder ein gas- und einen kolben der kolben soll
0:53 dabei vom druck des gases gehalten werden die gas teilchen sind im prinzip wie winzig kleine super flummis die von unten gegen den kolben prein und die
1:03 nötige gegenkraft liefern wenn ich jetzt wärme zu führen dann erhöht sich die thermische bewegung der druck wächst die teilchen prime härter gegen den kolben
1:12 und schieben ihn nach oben bei der ausdehnung des gases wird ein teil der ungeordneten bewegungsenergie in geordnete bewegungsenergie des kolbens
1:22 umgewandelt die schule im gas werden weniger und die temperatur nimmt ab man kann daher argument so sagen ein wärme motor ist in der maschine die
1:32 wärme in kinetische energie umwandelt oder etwas pointierter formuliert der motor ist eine maschine die die ungeordnete kinetische energie der gas
1:41 teilchen in geordnete kinetische energie des kolbens umwandelt wie man das in der praxis so macht dass daraus eine zyklische fortlaufende bewegung wird
1:49 erkläre ich am beispiel des viertakt ottomotors also des benzinmotors im ersten akt öffnet sich das linke ventil und das kühle luft benzin gemisch
2:00 aus dem vergaser wird angesagt im zweiten akt sind beide ventile geschlossen der kolben bewegt sich nach oben und komprimiert dass luft
2:09 benzingemisch dass sich dabei auf etwa 450 grad celsius erwärmt kurz vor dem so genannten oberen totpunkt bevor sie der kolben seine obere position erreicht hat
2:19 und das volumen des gases ein minimum wird erzeugt die zündkerzen und funken der genaue zeitpunkt dieses funkens hängt von der belastung und der drehzahl
2:28 ab der dritte akt ist der arbeitstakt und das ist der einzige punkt in dem der motor energie abgibt das gas verbrennt
2:36 explosionsartig und die thermische energie erhöht sich sehr stark es können etwa 2000 grad celsius und 100 bar erreicht werden die gasmoleküle brian
2:46 jetzt extrem heftig gegen den kolben drücken wir nach unten und geben dabei einen teil ihrer schule an den kolben ab diese arbeitstakt entspricht dem was wir
2:56 uns vor hin im vereinfachten modell angesehen haben nur um 180 grad gedreht im vierten akt geht das rechte ventil auf und das verbrannte luft
3:07 benzingemisch wird herausgedrückt und dann geht es wieder mit dem ansaugtrakt los im schnellen durchlauf schauen die vier takte so aus
3:31 wir werden uns jetzt die vorgänge im inneren eines zylinders dann gleich in einem pv diagramm ansehen in dem es unter druck und das volumen gegenüber
3:39 gestellt sind bevor wir das aber machen möchte ich noch kurz erklären was man aus so einem pv diagramm herauslesen kann
3:47 allgemein gilt ja arbeit ist kraft mal weg und außerdem gilt druck ist kraft pro fläche wenn ich das umformen erhalte ich kraft ist druck mal fläche
3:58 und jetzt hat sich die zweite formel in die erste ein und erhalte dann arbeit ist druck mal fläche mal weg fläche mal weg ist nichts anderes als ein volumen
4:08 und deshalb kann ich auch schreiben arbeit ist druck mal volumen oder eigentlich exakte gesagt druck änderung mal volumen änderung
4:18 das ist eine sehr wichtige erkenntnis weil es nämlich bedeutet dass die fläche unter einer kurve im pv diagramm immer eine arbeit entspricht und mit diesem
4:28 wissen im hinterkopf sehen wir uns jetzt die arbeitsweise eines ottomotors im pv diagramm genauer an wir fangen mit dem zweiten takt an in
4:37 dem sich der kolben nach oben bewegt und das gas komprimiert das volumen sinkt dabei unter druck steigt kurz vor dem oberen totpunkt wenn also das volumen
4:47 des gases ein minimum erreicht hat erzeugt die zündkerze einen funken in diesem takt muss der kolben arbeit aufwenden und wird dabei gebremst die
4:56 fläche unter der kurve gibt an wie viele schulen vom kolben auf das gas übertragen werden und der kolben dadurch natürlich selbst verliert weil es sich
5:04 um den zweiten tag handelt nenne ich diese arbeit wie 2 und jetzt kommt der dritte akt der arbeitstakt das gas verbrennt
5:13 explosionsartig und drückt den kolben hinunter das gas verrichtet dabei expansions- arbeit und überträgt schule auf den kolben diese arbeit ist durch
5:22 die fläche wie 3 unter der kurve repräsentiert im vierten und dem ersten takt liegt der druck im zylinder ungefähr um den
5:30 normaldruck die beiden flächen sind nicht besonders groß und spielen für die energiebilanz keine bedeutende rolle wir können sie daher weglassen und
5:38 konzentrieren uns nur auf b2 und b3 die effektive arbeit über alle vier takte bekommt man wenn man von der expansion arbeitet wie 3 die vorher
5:48 aufgewendete kompression arbeitet wie zwei abzieht diese differenz fläche wie 3 - wie zwei ist die netto arbeitet die schule die diese fläche repräsentiert
5:59 kann man gewissermaßen aus der ungeordneten bewegungsenergie der garstigen herauskitzeln und in geordnete bewegungsenergie des kolbens und
6:07 letztlich auch des autors umwandeln ich kann aus diesem diagramm sogar herauslesen wie groß der wirkungsgrad ist welcher anteil der expansions-
6:16 arbeit wie 3 also als effektive arbeit wie 3 - w2 genutzt werden kann der wirkungsgrad ergibt sich aus wie 3 - 4 2 durch w3
6:28 im günstigsten fall entspricht der wert etwa 0,4 das entspricht also 40 prozent im günstigsten fall können also 40 prozent der schuhe aus der wärmeenergie
6:40 herausgekitzelt und in bewegung des autos umgewandelt werden