Einführung in die Technische Thermodynamik

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Arnold Frohn
Einführung
in die Technische
Thermodynamik
2., überarbeitete Auflage
Mit 139 Abbildungen und Übungen
AULA-Verlag Wiesbaden
INHALT
1. Grundlagen
1.1 Aufgabe und Methoden der Thermodynamik
1.2 System
1.3 Beschreibung des Systems
1.3.1 Makroskopischer Standpunkt
1.3.2 Mikroskopischer Standpunkt
1.4 Zustand des Systems
1.4.1 Thermodynamischer Gleichgewichtszustand
1.4.2 Quasistatische Zustandsänderungen
.
1.5 Temperatur
1.5.1 Thermisches Gleichgewicht
1.5.2 Temperaturmessung— Empirische Temperatur
1.5.3 Deutung der Temperatur vom mikroskopischen Standpunkt .
1.6 Einfache geschlossene Systeme
1.6.1 Allgemeines
1.6.2 Die thermische Zustandsgieichung
1.6.3 Intensive, extensive, spezifische und molare Größen . . . .
1.7 Temperaturausgleich und Wärme
1.7.1 Allgemeines
1.7.2 Mikroskopischer Standpunkt
1.7.3 Kalorimetrie
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2. Erster Hauptsatz für geschlossene Systeme
2.1 Vorbemerkungen
2.2Arbeit
2.3 Innere Energie
2.4Wärme
2.5 Formulierung des ersten Hauptsatzes für ruhende
geschlossene Systeme
2.6 Kalorische Zustandsgieichung
2.7 Enthalpie
2.8 Zusammenhang zwischen c p und cv
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VTII
Inhalt
3. Ideale Gase
3.1 Vorbemerkungen
3.2 Die thermische Zustandsgieichung des idealen Gases
3.2.1 Verschiedene Formen der thermischen Zustandsgieichung . .
3.2.2 Mikroskopische Deutung der thermischen Zustandsgieichung
des idealen einatomigen Gases
3.3 Kalorische Eigenschaften idealer Gase
3.3.1 Kalorische Zustandsgieichung
3.3.2 Mikroskopische Deutung der kalorischen Zustandsgieichung .
3.4 Einfache Zustandsänderungen idealer Gase
3.4.1 Isotherme Zustandsänderungen idealer Gase
3.4.2 Isochore Zustandsänderungen idealer Gase
3.4.3 Isobare Zustandsänderungen idealer Gase
3.4.4 Reversible adiabate Zustandsänderungen idealer Gase . . . .
3.4.5 Polytrope Zustandsänderungen idealer Gase
3.4.6 Reversible und irreversible Verdichtung des idealen Gases •
.
3.4.7 Reversible und irreversible Prozesse
3.5 Kreisprozesse mit idealen Gasen
3.5.1 Zu Standsgrößen
3.5.2 Bestimmung der Differenz c p - c v
3.5.3 Der Carnotsche Kreisprozeß für ideale Gase
3.6 Gemische idealer Gase
3.6.1 Vorbemerkungen
3.6.2 Einige allgemeine Definitionen
3.6.3 Zustandsgieichungen für Gemische idealer Gase
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4. Erster Hauptsatz für Systeme mit Bewegung
4.1 Vorbemerkungen
4.2 Bewegtes geschlossenes System im äußeren Kraftfeld
4.3 Erster Hauptsatz für offene Systeme
4.4 Stationäre Fließprozesse
4.5 Der Joule-Thomson-Versuch
4.6 Die Bernoullische Gleichung
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5. Zweiter Hauptsatz
5.1 Vorbemerkungen
5.2DieCarnot-Maschine
5.2.1 Wirkungsgrad der Carnot-Maschine
5.2.2 Die absolute Temperaturskala
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Inhalt
5.3 Zweiter Hauptsatz und Entropie .
5.3.1 Erster Teil des zweiten Hauptsatzes
5.3.2 Zweiter Teil des zweiten Hauptsatzes
5.3.3 Formulierung des zweiten Hauptsatzes
5.4Folgerungen aus dem zweiten Hauptsatz
5.4.1 Allgemeines
5.4.2 Das Temperatur-Entropie-Diagramm
5.4.3 Zustandsänderungen im Temperatur-Entropie-Diagramm .
5.4.4 Reversible Kreisprozesse
5.4.5 Zur Bedeutung der Entropie
5.5 Die thermodynamischen Potentiale
5.5.1 Die Potentialeigenschaft der inneren Energie
5.5.2 Transformation der unabhängigen Veränderlichen
. . . .
5.5.3 Die Maxwell-Beziehungen
5.6 Weitere Beispiele für die Berechnung von Entropiedifferenzen
.
5.6.1 Temperaturausgleich
5.6.2 Mischungsentropie
5.6.3 Dissipation
5.6.4 Adiabate Drosselung
5.7 Thermodynamisches Gleichgewicht
5.7.1 Maximum der Entropie
5.7.2 Anwendung auf den Gleichgewichtszustand eines einfachen
thermodynamischen Systems
5.7.3 Extremaleigenschaften der thermodynamischen Potentiale .
5.8 Maximale Arbeit
5.8.1 Maximale Arbeit des geschlossenen Systems
5.8.2 Maximale Arbeit für offene stationäre Systeme
5.8.3 Bewertung der Energiearten
5.9 Ergänzungen zum zweiten Hauptsatz
5.9.1 Allgemeine Kraft-und Arbeitskoordinaten
5.9.2 Die Temperatur als integrierender Nenner
5.9.3 Reversible adiabate Flächen
5.9.4 Integrierender Nenner für die Wärme
5.9.5 Thermodynamische Bedeutung des integrierenden Nenners
5.9.6 Die Temperaturskala
5.9.7 Pfaffsche Formen
5.9.8 Die Aussage von Carathdodory
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Inhalt
6. Mehrphasensysteme
6.1Dasvan-der-Waals-Gas
6.1.1 Thermische Eigenschaften
6.1.2 Kalorische Eigenschaften
6.1.3 Die Grenze zwischen gasförmiger und flüssiger Phase
im p,v-Diagramm des van-der-Waals-Gases
6.2 Zum Zweiphasengebiet realer Gase
6.3 Die Dampfdruckkurve
6.4 Systeme mit drei Phasen
140
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142
7. Dritter Hauptsatz
164
8. Gemische von Gasen und Dämpfen
8.1 Einleitung
8.2 Einige Definitionen
8.3 Kalorische Eigenschaften feuchter Luft
8.4 Das h,x-Diagramm feuchter Luft
8.5 Abkühlung feuchter Luft
8.6 Mischungsvorgänge feuchter Luft
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9. Anwendungen der Gleichgewichtsbedingungen
179
9.1 Systeme mit chemischen Reaktionen
179
9.2 Das chemische Potential
181
9.3 Das Massenwirkungsgesetz
182
9.4 Das Gleichgewicht zwischen Phasen mit unterschiedlichen Drücken . 186
9.5 Druck- und Temperaturabhängigkeit der Konstanten
des Massenwirkungsgesetzes
190
9.6 Der Satz von Hess
192
9.7 Heterogene Reaktionen
193
9.8 Die Kirchhoffsche Gleichung
194
9.9Katalyse
195
10. Technische Anwendungen der Kreisprozesse
197
10.1 Allgemeines
197
10.2 Verdichter
197
10.2.1 Einstufige Kolbenverdichter ohne schädlichen Raum
. . 197
10.2.2 Mehrstufige Verdichtung ohne schädlichen Raum . . . .
201
10.2.3 Einstufige Kolbenverdichter mit schädlichem Raum . . . 204
10.2.4 Turboverdichter
206
10.2.5 Strahlverdichter
207
Inhalt
.
10.3
10.4
10.5
10.6
Der Ottoprozeß
Der Dieselprozeß
Der Seiliger-Prozeß
Turbinen
10.6.1 Gasturbinen
10.6.2 Turbinenstrahltriebwerke
10.6.3 Staustrahltriebwerke
10.6.4 Wellenleistungstriebwerke
10.7 Raketen
10.8 Kälteerzeugung
10.9 Wasserdampf in Wärmekraftanlagen
11. Anwendung der Thermodynamik auf einfache Strömungsvorgänge . .
11.1 Schwache Störungen der Zustandsgrößen —
Die Schallgeschwindigkeit
11.2 Einige Folgerungen aus dem ersten Hauptsatz
11.3 Grundgleichungen eindimensionaler Strömung
11.4 Strömung durch Rohre mit veränderlichem Querschnitt . . . .
11.5 Zustandsänderungen im Verdichtungsstoß
11.6 Entropiezunahme im Verdichtungsstoß
11.7 Fanno-Linie und Rayleigh-Linie
XI
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Literatur
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Namen- und Sachverzeichnis
249
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