Inhaltsverzeichnis

Inhalt
Inhaltsverzeichnis
1
Einführung
1.1
1.2
Was ist Thermodynamik?.............................................................. 7
Eine typische Anwendung als Beispiel.......................................... 7
2
Grundlegende Begriffe
2.1
2.2
2.3
2.3.1
2.3.1.1
2.3.1.2
2.3.2
2.3.2.1
2.3.2.2
2.3.3
2.4
Thermischer Zustand und Zustandsgrößen................................... 9
Gleichgewichtspostulat.................................................................. 9
Die Zustandsgrößen im Einzelnen............................................... 10
Temperatur................................................................................... 10
Temperaturmessung.................................................................... 10
Temperaturskalen........................................................................ 10
Druck........................................................................................... 12
Druckmessung............................................................................. 13
Maßeinheiten............................................................................... 14
Spezifisches Volumen und Dichte............................................... 14
Aufgaben zu Kapitel 2.................................................................. 15
3
1. Hauptsatz der Thermodynamik
3.1
3.1.1
3.1.2
3.1.3
3.1.4
3.1.5
3.2
3.2.1
3.2.2
3.2.3
3.2.4
3.3
3.4
Energieformen ............................................................................ 17
Äußere Arbeit............................................................................... 18
Volumenänderungsarbeit............................................................. 19
Reibungsarbeit............................................................................. 21
Wärmeenergie............................................................................. 22
Innere Energie............................................................................. 22
Formulierung des 1. Hauptsatzes................................................ 22
Thermodynamische Systeme...................................................... 23
1. Hauptsatz für ein geschlossenes, ruhendes System............... 23
1. Hauptsatz für ein geschlossenes, bewegtes System.............. 25
1. Hauptsatz für offene Systeme................................................. 26
Kontrollfragen zu Kapitel 3........................................................... 30
Aufgaben zu Kapitel 3.................................................................. 30
3
4
Technische Thermodynamik 1
4
Zustandseigenschaften und Zustandsgleichungen
4.1
4.1.1
4.1.2
4.2
4.2.1
4.2.2
4.2.3
4.2.4
4.3
4.4
4.5
Thermische Zustandsgleichung für ideale Gase ........................ 33
Molare Größen............................................................................. 37
Normkubikmeter m³n.................................................................... 39
Kalorische Zustandsgleichung..................................................... 40
Spezifische Wärmekapazität....................................................... 42
Molare Wärmekapazitäten........................................................... 45
Verhältnis der Wärmekapazitäten................................................ 45
Mittlere Wärmekapazitäten.......................................................... 46
Stoffwerte einiger Gase............................................................... 47
Kontrollfragen zu Kapitel 4........................................................... 48
Aufgaben zu Kapitel 4.................................................................. 49
5
Gemische idealer Gase
5.1
5.2
Kontrollfragen zu Kapitel 5........................................................... 59
Aufgaben zu Kapitel 5.................................................................. 60
6
Thermodynamische Prozesse mit idealen Gasen
6.1
6.1.1
6.1.2
6.1.3
6.1.4
6.1.5
6.2
6.2.1
6.2.2
6.2.3
6.2.3.1
6.2.3.2
6.2.3.3
6.3
6.4
Zustandsänderungen idealer Gase............................................. 61
Isochore Zustandsänderung (V = const)..................................... 61
Isobare Zustandsänderung (p = const)........................................ 63
Isotherme Zustandsänderung (T = const)................................... 65
Isentrope (adiabate) Zustandsänderung (Q = 0)......................... 68
Polytrope Zustandsänderung....................................................... 72
Kreisprozesse mit idealen Gasen................................................ 79
Energieumsatz bei Kreisprozessen............................................. 81
Thermischer Wirkungsgrad.......................................................... 83
Beispiele von einfachen Kreisprozessen..................................... 84
Kreisprozess, bestehend aus drei Zustandsänderungen............ 84
Carnot-Prozess............................................................................ 86
Zusammenfassung...................................................................... 89
Kontrollfragen zu Kapitel 6........................................................... 92
Aufgaben zu Kapitel 6.................................................................. 93
Inhalt
7
Der 2. Hauptsatz der Thermodynamik
7.1
7.1.1
7.1.1.1
7.1.1.2
7.1.1.3
7.2
7.2.1
7.2.2
7.2.3
7.2.4
7.3
7.3.1
7.3.2
7.4
7.5
Der 2. Hauptsatz der Thermodynamik....................................... 100
Umkehrbare und nicht umkehrbare Prozesse........................... 100
Isentrope Expansion.................................................................. 101
Isotherme Expansion................................................................. 102
Allgemeiner Kreisprozess.......................................................... 103
Entropie..................................................................................... 104
Entropie und Wärme.................................................................. 105
Entropie und Nichtumkehrbarkeit.............................................. 106
Entropieströmung und Entropieerzeugung................................ 109
Entropie idealer Gase................................................................ 112
Das T, s-Diagramm.................................................................... 115
Zustandsänderungen im T, s-Diagramm.................................... 118
Der Carnot-Prozess im T, s-Diagramm...................................... 120
Kontrollfragen zu Kapitel 7......................................................... 121
Aufgaben zu Kapitel 7................................................................ 122
8
Irreversible Prozesse
8.1
8.1.1
8.1.2
8.2
8.3
Drosselvorgang.......................................................................... 124
Enthalpie und Druckänderungsarbeit........................................ 127
Berechnung der Enthalpie......................................................... 128
Verluste durch Irreversibilitäten................................................. 130
Aufgaben zu Kapitel 8................................................................ 132
9
Druckänderungsarbeit, technische Arbeit
9.1
9.2
Der Gleichdruckprozess............................................................ 134
Technische Arbeit und Enthalpie bei reibungsfreien
Prozessen.................................................................................. 137
Isentrope Expansion.................................................................. 137
Adiabate Expansion mit Reibung............................................... 138
Isentroper Turbinenwirkungsgrad.............................................. 140
Polytroper Turbinenwirkungsgrad.............................................. 140
Adiabate Kompression mit Reibung.......................................... 144
Isentroper Verdichterwirkungsgrad............................................ 145
Polytroper Verdichterwirkungsgrad............................................ 146
Kontrollfragen zu Kapitel 9......................................................... 148
Aufgaben zu Kapitel 9................................................................ 149
9.2.1
9.2.2
9.2.2.1
9.2.2.2
9.2.3
9.2.3.1
9.2.3.2
9.3
9.4
5
6
Technische Thermodynamik 1
10
Verdampfung und Verflüssigung – Eigenschaften
und Anwendung von Dämpfen in Prozessen
10.1
10.2
10.2.1
10.2.2
10.3
10.4
10.5
10.5.1
10.6
10.6.1
10.7
10.8
10.9
10.10
10.11
Verdampfung............................................................................. 151
Grenzkurve, Sättigungsgebiet................................................... 153
Kritischer Punkt.......................................................................... 155
Das p, v-Diagramm . ................................................................. 155
Schmelzen und Sublimieren...................................................... 156
Dampfdruck bei Vorhandensein von neutralem Gas................. 158
Wärmeumsatz bei der Verdampfung......................................... 159
Isobare Verdampfungswärme . ................................................. 162
Dampfgehalt.............................................................................. 163
Berechnung anderer Zustandsgrößen im
Nassdampfgebiet....................................................................... 165
Wasserdampftafeln.................................................................... 166
Das h, s-Diagramm für Wasser und Wasserdampf................... 168
Der Dampfkraftprozess.............................................................. 171
Kontrollfragen zu Kapitel 10....................................................... 173
Aufgaben zu Kapitel 10.............................................................. 173
11
Lösungen
11.1
11.2
Beantwortung der Kontrollfragen............................................... 175
Lösungen der Übungsaufgaben................................................ 185
12
Schrifttum................................................................................. 239