Kolben

Abbildung 1: Ein Kolben in einem Zylinder, der in einem Benzinmotor mit Abschnitten verwendet wird.

Ein Kolben ist eine bewegliche Scheibe, die in einem Zylinder eingeschlossen ist, der durch Kolbenringe gasdicht gemacht wird. Die Scheibe bewegt sich innerhalb des Zylinders, während sich eine Flüssigkeit oder ein Gas innerhalb des Zylinders ausdehnt und zusammenzieht. Ein Kolben hilft bei der Umwandlung von Wärmeenergie in mechanische Arbeit und umgekehrt. Aus diesem Grund sind Kolben eine Schlüsselkomponente von Wärmekraftmaschinen. Kolben übertragen die Kraftabgabe eines expandierenden Gases im Zylinder auf eine Kurbelwelle, die einem Schwungrad einen Drehimpuls verleiht. Ein solches System ist als Kolbenmotor bekannt.

Ein Kolben muss einem zyklischen Prozess folgen, damit er kontinuierlich Wärmeenergie in Arbeit umwandelt, und es gibt viele Möglichkeiten, diesen Zyklus abzuschließen. Zum Beispiel:

1. Durch Eingabe von Wärme in das Gas im Inneren des Zylinders dehnt sich das Gas aus, wodurch das Volumen im Zylinder erhöht wird und nützliche Arbeit geleistet wird.
2. Durch das Entfernen von Wärme aus dem Zylinder nimmt der Druck des Gases ab, wodurch es leichter komprimiert werden kann.
3. Durch Eingabe von Arbeit in den Kolben wird der Kolben wieder in seinen Ausgangszustand komprimiert und ist bereit, den Zyklus erneut durchzuführen.

Dieser Zyklus kann in Abbildung 2 unten visualisiert werden.

Abbildung 2: Ein Beispiel für einen Kolbenzyklus, in dem er Wärme manipuliert, um nützliche Arbeit zu leisten.

Diese Schritte können unterschiedlich ausgeführt werden und die Prozesse können sehr komplex werden. Es ist bekannt, dass diese Wärme nicht vollständig in Arbeit umgewandelt werden kann, da sonst die Entropie des Systems abnehmen würde, was durch den Zweiten Hauptsatz der Thermodynamik verboten ist.

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• Hubkolbenmotor
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