Wärmemaschinen: Wirkungsweise und Effizienz verstehen

Question 1

Welche Aussage beschreibt den ersten Hauptsatz der Thermodynamik korrekt?

Accepted Answer

Die Änderung der inneren Energie eines Systems entspricht der Summe aus zugeführter Wärme und geleisteter Arbeit.

Answer

Die innere Energie eines abgeschlossenen Systems bleibt immer konstant.

Answer

Die Entropie eines abgeschlossenen Systems nimmt stets zu.

Answer

Die Wärmekapazität eines Stoffes ist unabhängig von seiner Temperatur.

Question 2

Was versteht man unter dem Wirkungsgrad einer Wärmekraftmaschine?

Accepted Answer

Das Verhältnis der abgegebenen Nutzleistung zur zugeführten Wärmemenge

Answer

Das Verhältnis der geleisteten Arbeit zur inneren Energieänderung

Answer

Das Verhältnis der zugeführten Wärmemenge zur abgegebenen Nutzleistung

Answer

Das Verhältnis der inneren Energieänderung zur zugeführten Wärmemenge

Question 3

Welches Bauteil ist das Herzstück einer Dampfturbine?

Accepted Answer

Rotor mit Schaufelkranz

Answer

Gehäuse mit Düsen

Answer

Generator

Answer

Kondensator

Question 4

Was ist die primäre Aufgabe eines Kühlsystems in einer Wärmekraftmaschine?

Accepted Answer

Alle genannten Aufgaben

Answer

Ableitung der durch Reibung entstehenden Wärme

Answer

Abführung der Abwärme

Answer

Aufrechterhaltung einer optimalen Betriebstemperatur

Question 5

Welches der folgenden Materialien hat eine hohe Wärmeleitfähigkeit?

Accepted Answer

Kupfer

Answer

Holz

Answer

Luft

Answer

Glas

Question 6

Welcher thermodynamische Kreisprozess beschreibt den idealen Betrieb einer Wärmekraftmaschine?

Accepted Answer

Carnot-Kreisprozess

Answer

Rankine-Kreisprozess

Answer

Diesel-Kreisprozess

Answer

Joule-Kreisprozess

Question 7

Welcher der folgenden Ausdrücke definiert den thermischen Wirkungsgrad einer Wärmekraftmaschine?

Accepted Answer

Verhältnis von abgegebener Nutzleistung zu zugeführter Wärmeenergie

Answer

Verhältnis von zugeführter Wärmeenergie zu abgegebener Nutzleistung

Answer

Verhältnis von abgegebener Abwärme zu zugeführter Wärmeenergie

Answer

Verhältnis von aufgenommener Arbeit zu abgegebener Wärmemenge

Question 8

Welche der folgenden Komponenten ist nicht Teil einer Dampfturbine?

Accepted Answer

Kolben

Answer

Laufrad

Answer

Leitrad

Answer

Düse

Question 9

Welches Arbeitsmedium wird in einem Gasturbinenkreisprozess eingesetzt?

Accepted Answer

Luft

Answer

Wasser

Answer

Dampf

Answer

Helium

Question 10

Welcher Zweck wird durch einen Kühler in einem Wärmekraftmaschinenkreisprozess erfüllt?

Accepted Answer

Abfuhr von Abwärme

Answer

Erzeugung von Nutzleistung

Answer

Kompression des Arbeitsmediums

Answer

Druckerhöhung

Question 11

Was beschreibt der Carnot-Wirkungsgrad?

Accepted Answer

Den theoretisch maximal erreichbaren thermischen Wirkungsgrad

Answer

Den Wirkungsgrad einer realen Wärmekraftmaschine

Answer

Den Wirkungsgrad eines idealen Kühlers

Answer

Den Wirkungsgrad eines idealen Verdichters

Question 12

Welche praktischen Herausforderungen müssen bei der Planung und dem Betrieb von Wärmekraftwerken bewältigt werden?

Accepted Answer

Korrosion, Materialermüdung und hohe Drücke

Answer

Maximierung des Wirkungsgrads

Answer

Einfache Bedienung

Answer

Günstige Brennstoffkosten

Question 13

Welcher Vorgang erfolgt bei konstantem Druck?

Accepted Answer

Isobare Expansion

Answer

Adiabatische Expansion

Answer

Isotherme Kompression

Answer

Adiabatische Kompression

Question 14

Was ist die Funktion eines Kondensators in einem Wärmekraftprozess?

Accepted Answer

Den Wasserdampf zu verdichten und in flüssiges Wasser umzuwandeln

Answer

Die Temperatur des Arbeitsmediums zu erhöhen

Answer

Den Druck des Arbeitsmediums zu verringern

Answer

Die Entropie des Arbeitsmediums zu erhöhen

Question 15

In welcher Einheit wird die spezifische Wärmekapazität gemessen?

Accepted Answer

J/(kg K)

Answer

J/(kg mol)

Answer

J/(m³ K)

Answer

J/(m³ mol)

Question 16

Was ist die Aufgabe eines Kühlmediums in einem Wärmekraftprozess?

Accepted Answer

Wärme aus dem System abzuführen

Answer

Wärme zum System zuzuführen

Answer

Den Druck im System zu erhöhen

Answer

Das Volumen im System zu verringern

Question 17

Welcher der folgenden Kreisprozesse wird häufig in Gasturbinen verwendet?

Accepted Answer

Brayton-Prozess

Answer

Carnot-Prozess

Answer

Rankine-Prozess

Answer

Joule-Prozess

Question 18

Welche Wärmekraftmaschine besitzt den höchsten thermischen Wirkungsgrad?

Accepted Answer

Carnot-Maschine

Answer

Stirling-Motor

Answer

Gasturbine

Answer

Dampfmaschine

Question 19

Welches Arbeitsfluid wird üblicherweise in modernen Dampfturbinen eingesetzt?

Accepted Answer

Wasser

Answer

Ammoniak

Answer

Luft

Answer

Helium

Question 20

Welcher der folgenden Faktoren hat keinen Einfluss auf den thermischen Wirkungsgrad einer Wärmekraftmaschine?

Accepted Answer

Umgebungstemperatur

Answer

Temperatur der Wärmesenke

Answer

Temperatur der Wärmequelle

Answer

Druckverhältnis

Question 21

Welche Aufgabe erfüllt ein Rekuperator in einer Wärmekraftmaschine?

Accepted Answer

Wärmeübertragung von der Abgasseite zur Einlassseite

Answer

Erhöhung des Druckverhältnisses

Answer

Wärmeableitung aus dem System

Question 22

Welche Annahme des Carnot-Kreisprozesses ist nicht zutreffend?

Accepted Answer

Die Prozesse sind irreversibel

Answer

Die Prozesse sind isentrop

Answer

Die Wärmeübertragung erfolgt isotherm

Answer

Der Kreisprozess ist geschlossen

Question 23

Welche Auswirkung hat eine Erhöhung des Brennstoff-Luft-Verhältnisses auf die Abgastemperatur einer Gasturbine?

Accepted Answer

Erhöhung der Abgastemperatur

Answer

Reduzierung der Stickoxidemissionen

Answer

Erhöhung des Druckabfalls

Answer

Verringerung des Wirkungsgrads

Question 24

Welcher Vorteil ergibt sich aus der Verwendung eines kombinierten Gas-Dampf-Kraftwerks?

Accepted Answer

Steigerung des Gesamtwirkungsgrads

Answer

Vereinfachung der Wartung

Answer

Senkung der Investitionskosten

Answer

Reduzierung von Emissionen

Question 25

Was kennzeichnet die Kraft-Wärme-Kopplung?

Accepted Answer

Nutzung der Abwärme zur gleichzeitigen Bereitstellung von Wärme und Strom

Answer

Geeignet ausschließlich für große industrielle Anlagen

Answer

Frei von Nachteilen

Question 26

**Verbesserte Frage:** Für den Betrieb einer Wärmekraftmaschine ist welcher Prozess unverzichtbar?

Accepted Answer

**Verbesserte korrekte Option:** Aufnahme von thermischer Energie

Answer

**Verbesserter Distraktor 2:** Abgabe thermischer Energie

Answer

**Verbesserter Distraktor 1:** Abgabe von mechanischer Arbeit

Answer

**Verbesserter Distraktor 3:** Veränderung des Arbeitsvolumens

Question 27

**Verbesserte Frage:** Was beschreibt der Carnot-Wirkungsgrad?

Accepted Answer

**Verbesserte korrekte Option:** Der theoretisch maximal erreichbare Wirkungsgrad einer Wärmekraftmaschine

Answer

**Verbesserter Distraktor 1:** Der Wirkungsgrad einer bestimmten Wärmekraftmaschine unter realen Bedingungen

Answer

**Verbesserter Distraktor 2:** Der minimal erreichbare Wirkungsgrad einer Wärmekraftmaschine

Question 28

**Verbesserte Frage:** Welcher Wärmekraftmaschinentyp wandelt chemische Energie direkt in elektrische Energie um?

Accepted Answer

**Verbesserte korrekte Option:** Brennstoffzelle

Answer

**Verbesserter Distraktor 2:** Dampfturbine

Answer

**Verbesserter Distraktor 1:** Wärmekraftwerk (konventionell)

Question 29

**Verbesserte Frage:** Welches Gesetz beschreibt die Beziehung zwischen Temperatur und Volumen eines idealen Gases?

Accepted Answer

**Verbesserte korrekte Option:** Gesetz von Boyle-Mariotte

Answer

**Verbesserter Distraktor 2:** Gesetz von Charles

Answer

**Verbesserter Distraktor 3:** Gesetz von Gay-Lussac

Answer

**Verbesserter Distraktor 1:** Avogadrosches Gesetz

Question 30

**Verbesserte Frage:** Welcher thermodynamische Kreisprozess wird in den meisten Wärmekraftwerken eingesetzt?

Accepted Answer

**Verbesserte korrekte Option:** Rankine-Kreisprozess

Answer

**Verbesserter Distraktor 1:** Carnot-Kreisprozess

Answer

**Verbesserter Distraktor 2:** Diesel-Kreisprozess

Answer

**Verbesserter Distraktor 3:** Otto-Kreisprozess

Question 31

**Verbesserte Frage:** Welcher Faktor beeinflusst den Wirkungsgrad einer Wärmekraftmaschine maßgeblich?

Accepted Answer

**Verbesserte korrekte Option:** Temperaturdifferenz zwischen Wärmequelle und -senke

Answer

**Verbesserter Distraktor 1:** Art des verwendeten Brennstoffs

Answer

**Verbesserter Distraktor 2:** Größe der Maschine

Question 32

**Verbesserte Frage:** Wie lässt sich die von einer Wärmekraftmaschine geleistete Arbeit berechnen?

Accepted Answer

**Verbesserte korrekte Option:** Differenz zwischen aufgenommener und abgegebener Wärme

Answer

**Verbesserter Distraktor 2:** Aufgenommene Wärme

Answer

**Verbesserter Distraktor 1:** Summe von aufgenommener und abgegebener Wärme

Question 33

**Verbesserte Frage:** Was ist der Hauptvorteil von Gasturbinen gegenüber Dampfturbinen?

Accepted Answer

**Verbesserte korrekte Option:** Höheres Leistungsgewicht

Answer

**Verbesserter Distraktor 3:** Einfachere Wartung

Answer

**Verbesserter Distraktor 1:** Höhere Effizienz

Answer

**Verbesserter Distraktor 2:** Geringere Kosten

Question 34

**Verbesserte Frage:** Welche Komponente ist in einem Dampfkraftwerk **nicht** vorhanden?

Accepted Answer

**Verbesserte korrekte Option:** Kondensator

Answer

**Verbesserter Distraktor 3:** Turbine

Answer

**Verbesserter Distraktor 1:** Kessel

Answer

**Verbesserter Distraktor 2:** Generator

Question 35

**Verbesserte Frage:** Was ist das primäre Ziel der Entwicklung neuer Wärmekraftmaschinentechnologien?

Accepted Answer

**Verbesserte korrekte Option:** Steigerung des Wirkungsgrades und Reduzierung der Emissionen

Answer

**Verbesserter Distraktor 2:** Kostensenkung

Answer

**Verbesserter Distraktor 1:** Vergrößerung von Größe und Leistung

Question 36

Welcher thermodynamische Kreisprozess wird in den meisten Wärmekraftmaschinen angewendet?

Accepted Answer

Rankine-Kreisprozess

Answer

Otto-Kreisprozess (in Verbrennungsmotoren)

Answer

Carnot-Kreisprozess (theoretisch)

Answer

Stirling-Kreisprozess

Question 37

Welche Komponente einer Wärmekraftmaschine verdichtet das Arbeitsmedium?

Accepted Answer

Kompressor

Answer

Kondensator

Answer

Verdampfer

Answer

Turbine

Question 38

Wie lautet die Formel für den maximalen theoretischen Wirkungsgrad einer Wärmekraftmaschine, die zwischen zwei Temperaturreservoirs arbeitet?

Accepted Answer

Carnot-Wirkungsgrad: η_C = 1 - (T_L / T_H)

Answer

Diesel-Wirkungsgrad

Answer

Otto-Wirkungsgrad

Answer

Rankine-Wirkungsgrad

Question 39

Welche Komponente einer Wärmekraftmaschine wandelt Wärmeenergie direkt in mechanische Energie um?

Accepted Answer

Turbine

Answer

Kompressor

Answer

Kondensator

Answer

Verdampfer

Question 40

Was ist ein wesentlicher Nachteil von Wärmekraftmaschinen?

Accepted Answer

Relativ niedrige thermische Effizienz

Answer

Hohe Produktionskosten

Answer

Geringe Zuverlässigkeit

Question 41

Welche Art von Wärmekraftmaschine wird häufig zur großtechnischen Stromerzeugung eingesetzt?

Accepted Answer

Dampfkraftwerk

Answer

Stirlingmotor

Answer

Gasturbinenkraftwerk

Answer

Wankelmotor

Question 42

Welche Kennzahl dient zur Bewertung der Effizienz einer Wärmekraftmaschine?

Accepted Answer

Thermischer Wirkungsgrad

Answer

Gesamtwirkungsgrad

Answer

Elektrischer Wirkungsgrad

Answer

Mechanischer Wirkungsgrad

Question 43

Welcher thermodynamische Kreisprozess beschreibt den idealen Betrieb einer Wärmekraftmaschine?

Accepted Answer

Carnot-Prozess

Answer

Rankine-Prozess

Answer

Diesel-Prozess

Answer

Otto-Prozess

Question 44

Berechnen Sie den theoretischen maximalen Wirkungsgrad einer Wärmekraftmaschine, die nach dem Carnot-Prozess arbeitet, wenn die Temperaturen der Wärmequelle und der Wärmesenke T_H bzw. T_C betragen.

Accepted Answer

(T_H - T_C) / T_H

Answer

T_C / T_H

Answer

(T_H + T_C) / T_H

Answer

T_H / T_C

Question 45

Welcher Wirkungsgradtyp berücksichtigt zusätzlich zum thermischen Wirkungsgrad auch mechanische und elektrische Verluste?

Accepted Answer

Gesamtwirkungsgrad

Answer

Thermischer Wirkungsgrad

Answer

Elektrischer Wirkungsgrad

Answer

Mechanischer Wirkungsgrad

Question 46

Welcher Wärmekraftmaschinentyp basiert auf dem Stirling-Zyklus?

Accepted Answer

Stirlingmotor

Answer

Otto-Motor

Answer

Gasturbine

Answer

Dampfturbine

Question 47

In welcher Anwendung werden keine Wärmekraftmaschinen eingesetzt?

Accepted Answer

Elektroautos

Answer

Kraftwerke

Answer

Flugzeuge

Answer

Schiffe

Question 48

Welche Aussage trifft auf das Prinzip der inneren Umkehrbarkeit zu?

Accepted Answer

Alle Zustandsänderungen erfolgen reversibel.

Answer

Die Enthalpie bleibt konstant.

Answer

Die Wärmeübertragung geschieht ausschließlich isotherm.

Answer

Der Prozess läuft adiabatisch ab.

Question 49

Welche Komponente einer Wärmekraftmaschine wandelt Wärme in mechanische Energie um?

Accepted Answer

Arbeitskolben

Answer

Pumpe

Answer

Verdampfer

Answer

Kondensator

Question 50

Welche Maßnahme kann den Wirkungsgrad einer Wärmekraftmaschine erhöhen?

Accepted Answer

Erhöhung der maximalen Temperatur

Answer

Vergrößerung des Arbeitsvolumens

Answer

Senkung der minimalen Temperatur

Answer

Verringerung des Kompressionsverhältnisses

Question 51

Welches Gesetz beschreibt die Beziehung zwischen Druck und Volumen eines idealen Gases bei konstanter Temperatur?

Accepted Answer

Boyle-Mariotte-Gesetz

Answer

Charles-Gesetz

Answer

Avogadro-Gesetz

Answer

Dalton-Gesetz

Question 52

Welcher thermodynamische Prozess beschreibt eine Zustandsänderung ohne Wärmeaustausch mit der Umgebung?

Accepted Answer

Adiabater Prozess

Answer

Isochorer Prozess

Answer

Isothermer Prozess

Answer

Isobarer Prozess