9. Thermodynamik - physik.fh
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9. Thermodynamik Physik für E-Techniker 9. Thermodynamik 9.1 9.2 93 9.3 9.4 Temperatur und thermisches Gleichgewicht Thermometer und Temperaturskala Th Thermische i h Ausdehnung A d h Wärmekapazität Doris Samm FH Aachen 9. Thermodynamik Physik für E-Techniker 9 Thermodynamik 9. Aufgabe: - Temperaturverhalten p von Gasen,, Flüssigkeiten, g , Festkörpern p - Transport von Wärme - Umwandlung von Energie Problem: Teilchenzahl groß (N > 1023) zur Beschreibung makroskopische Größen notwendig: Druck Temperatur Druck, Temperatur, innere Energie Energie, Wärme Wärme, ... 9.1 Temperatur und thermisches Gleichgewicht Was ist Temperatur ? heiß kalt Temperaturskala ??? Messbar durch: Δl eines Festkörpers, ΔV einer Flüssigkeit, Farbe eines glühenden Objektes, elektr. Widerstand .... Doris Samm FH Aachen 9. Thermodynamik E gilt: Es ilt Physik für E-Techniker Will man einen i h iß Körper heißen Kö abkühlen, bkühl bringt man ihn in Kontakt mit einem kälteren Es gilt: l Nullter ll Hauptsatz der d Thermodynamik h d k Sind zwei Körper im thermischen Gleichgewicht mit einem dritten, so stehen sie auch untereinander in einem thermischen Gleichgewicht. Möglichkeit der Definition einer Temperaturskala Doris Samm FH Aachen 9. Thermodynamik Physik für E-Techniker 9 2 Thermometer und Temperaturskala 9.2 Temperatur bestimmt, ob System mit anderem System im thermischen Gleichgewicht ist Für Temperaturskala nutze man Eigenschaften der Materie, z.B. Volumenänderung. Beispiel: Ausdehnung von Hg in einem Quecksilberthermometer. Fixpunkte: - Gefrierpunkt von Wasser = 0o C - Siedepunkt von Wasser = 100o C - Skala in 100 gleichgroße g g Teile Probleme: - Extrapolation auf andere Temperaturbereiche kritisch - Reproduzierbarkeit der Fixpunkte kritisch - Skala materialabhängig Lösung: Man nutze als Fixpunkt den Tripel-Punkt von (z.B.) Wasser. Doris Samm FH Aachen 9. Thermodynamik Physik für E-Techniker Tripel-Punkt: Gas, Flüssigkeit, Festkörper im Gleichgewicht Drei Temperaturskalen in Gebrauch: - Celsius-Skala ϑ in oC - Fahrenheit-Skala tf in oF (Angelsachsen) - Kelvin-Skala T in K (Wissenschaft) Es gilt: Temperatur nach oben unbegrenzt Temperatur nach unten begrenzt Def.: T = 0 K Doris Samm FH Aachen 9. Thermodynamik Physik für E-Techniker 9 3 Thermische Ausdehnung 9.3 Längenausdehnung α: Längenausdehnungskoeffizient Volumenausdehnung γ: Volumenausdehnungskoeffizien V l d h k ffi i γ = 3 α für isotrope Materialien Doris Samm FH Aachen 9. Thermodynamik Physik für E-Techniker Ursache für Längenausdehnung ? Epot (x) Doris Samm FH Aachen 9. Thermodynamik Physik für E-Techniker Längenausdehnugskoeffizienten Volumenausdehnungskoeffizienten Doris Samm FH Aachen 9. Thermodynamik Physik für E-Techniker 9 4 Wärmekapazität 9.4 Wä k ität Frage: Was ist Wärme Q ? Antwort: Energie, die von System 1 auf System 2 übergeht wegen einer Temperaturdifferenz ΔT Es gilt: Zufuhr von Wärme Es g gilt: Zufuhr von gleicher g Wärmemenge g Q kann zu unterschiedlichen ΔT führen = f (Wärmekapazität C) (meist) Wärme: ΔQ und C(T) werden an Standardobjekt definiert Man nehme: 1kg Wasser mit und führe ΔQ zu, bis Def : Def.: Temperaturerhöhung ΔQ = 4,187 4 187 kJ ϑ = 14,5 14 5 oC ϑ = 15,5 oC ( = 1 kcal (nicht mehr erlaubt)) Doris Samm FH Aachen 9. Thermodynamik Physik für E-Techniker E gilt: Es ilt C~m Def.: spezifische Wärmekapazität c = C/m kJ kg-1K-1 Def.: molare Wärmekapazität cM = C/n kJ mol-1K-1 Def.: D f 1 moll = 6,034 6 034 x 1023 Teilchen T il h Es gilt: Masse von 1 mol einer Substanz = Molmasse Es gilt: molare Masse einer Verbindung (z.B. CO2) ist gleich der Summe der de mola der molaren en Massen der de Elemente Für praktische Zwecke gilt: Doris Samm FH Aachen 9. Thermodynamik Physik für E-Techniker Spezifische p Wärmekapazitäten Spezifische Wärmekapazität von Wasser Doris Samm FH Aachen 9. Thermodynamik Physik für E-Techniker Es gilt: Trotz Wärmezufuhr kann DT = 0 sein. sein Grund: Phasenübergang p Flüssig g Æ g gasförmig g Beispiele: fest Æ flüssig Die zur Umwandlung notwendige Wärme = latente Wärme z.B. Schmelzwärme QS, Verdampfungswärme QV Doris Samm FH Aachen
