(ohne Übergang der Wärme)

Transkript

1 Adiabatische Zustandsänderungen Adiabatische Zustandsänderungen δq= 0 (ohne Übergang der Wärme)

2 Adiabatischer Prozess (Q = const) Adiabatisch = ohne Wärmeaustausch, Temperatur ändert sich bei Expansion/Kompression Bei der adiabatischen Kompression wird das ideale Gas erhitzt t! Bei der adiabatischen Expansion wird das ideale Gas gekühlt! Bilder: Halliday Physik

3 Adiabatengleichung 1. Hauptsatz der TD verlangt: Adiabatengleichung (Poisson Gleichung) p. 22

4 Adiabatengleichung für den Druck Durch Verwendung des idealen Gasgesetzes Bsp: Adiabatische Volumenreduktion von Luft um den Faktor V 1 /V 2 =10 Adiabatenkoeffizient für 2 atomige Gase (f= Zahl der Freiheitsgrade) Damit wird iddie Temperatur von 300 K auf 750 K erhöht!! p. 23

5 Pneumatisches Feuerzeug Versuch Luft wird durch Kompression so stark erhitzt, dass ein Zündschwämmchen zur Explosion gebracht werden kann an einemende verschlossener Hohlzylinder ein luftdicht schließender Kolben wird schnell hineingestoßen Das gleiche Prinzip wird beim Dieselmotor verwendet! Hohe Kompression erzeugt Temperatur über Flammpunkt p. 24

6 Adiabatische Arbeit Mit idealem Gasgesetz Und mit : Ergibt sich ihdie adiabatische Ab Arbeit p. 25

7 Warum gibt es Erhitzung beim pneumatischen Feuerzeug, aber keine AbkühlungimGay Lussac Überströmexperiment? 1. Pneumatisches Feuerzeug: Es wird Arbeit dw= PdV zwischen Kolben und Gas ausgetauscht 2. Gay Lussac s Experiment: Ideales Gas: Es gibt keinen Kolben, keine Arbeit Reales Gas: Kolben durchkäft Kräftezwischen den Molekülen simuliert t!

8 Der Carnot Kreisprozess alsprotoypischer thermodynamischer h Idealprozess

9 Definition und Arbeitsverlauf Ein thermodynamischer, quasistatischer Kreisprozess aufgebaut aus Isothermer Expansion Adiabatischer Expansion Isothermer Kompression Adiabatischer Kompression

10 Isotherme Expansion p. 29

11 Adiabatische Expansion p. 30

12 Isotherme Kompression p. 31

13 Adiabatische Kompression p. 32

14 PV Diagramm und Arbeit im Carnotzyklus 1. Isotherme Expansion 2. Adiabatisch Expansion 3. Isotherme Kompression 4. Adiabatische Kompression Adiabatengleichung Gesamtbilanz: p. 33

15 Kühlschrank adiabatische Kompression Erwärmung des Gases Wärmetauscher (Kühlschlangen an Rückwand) Kondensation Expansionsventil: Verdampfung & adiabatische Expansion weitere Kühlung Verdampfungswärme kühlt die Speisekammer S. 34

16 Die Dampfmaschine Wasserdampf in Kessel über Kohlenfeuer erhitzt und unter Druck gesetzt Dampfeintritt i (rot) in die Kolbenkammer Expansion des heißen Dampfes & Kompression / Ausstoß des kalten Dampfes Antrieb büber Pleuelstange l und Exzenterräder Heißer Dampf Kalter Dampf

17 Der 4 Takt Ottomotor: Verbrennungsmotor mit Zündfunke Ausstoß: Verbrennungsgase Ansaugen: Luft/Gas Gemisch 1. Ansaugen 2. Verdichten 3. Arbeitshub 4. Ausstoß. Der Ottomotor verbrennt Benzin und braucht wg. der relativ geringen Verdichtung einen Zündfunken von der Zündkerze

18 Ottomotor im Detail, Energieumsatz Ansaugen Verdichten Arbeitshub Ausstoß. 1. Isochore Erwärmung 2. Adiabatisch Expansion 3. Isochore Abkühlung 4. Adiabatische Kompression p. 37

19 Der 2 Takt Ottomotor: Kombination von Ansaugen und Ausstoß Ausstoß: Verbrennungsgase Ansaugen Vorteil: Kein Leistungsverlust durch Leerhub 50 % mehr Drehmoment als 4 Takt. Vibrationsärmer Einfache Motorsteuerung Anwendungen Schiffsmotoren Mofas Nachteil Schlechtere Befüllung der Zylinder bei hohen Drehzahlen. größere thermische Belastung Hoher Anteil an unverbrannten Kohlenwasserstoffen Schmierung häufig problematisch

20 Der Stirlingmotor: die ersten beiden Takte 1 > 2: Isotherme Kompression T kalt = konstant Wärme Q 12 abgegeben Arbeit W 12 zugeführt (Volumen sinkt, Druck steigt) 2 > 3: Isochore Erwärmung V 1 = konstant 1 Wärme Q 23 aufgenommen Keine Arbeit verrichtet aber Druck und Temperatur steigen an, weil Wärme vom Regenerator an das Arbeitsgas übergeht.

21 Der Stirlingmotor: die letzten beiden Takte 3 > 4: Isotherme Expansion T warm = konstant Wärme Q 12 aufgenommen Arbeit W 12 abgegeben (Volumen steigt, Druck sinkt) 4 > 2: Isochore Abkühlung V 2 = konstant Wärme Q 23 geht vom Gas zum Regenerator Keine Arbeit verrichtet, da Volumen konstant

22 kühlung Praktischer Aufbau des Stirlingmotors 1 2) Isotherme Kompressio on 2 3) Isochore Erwärmung 3 4) Isotherme Expansion 4 1) Is ochore Ab mod. M. Arndt

23 Animation des Stirlingmotors 1. Animation unter: wz.de/vmotor/stirling.html 2. Versuch im Hörsaal

24 Idealer und realer Stirlingmotor Abweichungen vom Ideal durch Sinusoidalen Antrieb, statt Rechteck Rechteck Antrieb (s. links) Toträume für das Gas Unvollständige Wärmespeicherung im Reservoir Hohe Gasgeschwindigkeit: imperfekte Isothermie Mechanische Reibung (Gesamtverluste s. rechts unten)