Keine Panik vor Th e r m ody n a m i k!

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1 Dirk Labuhn Oliver Romberg Keine Panik vor Th e r m ody n a m i k! Erfolg und SpaB im klassischen,,dickbrettbohrerfach" des Ingenieurstudiums Mit Cartoons von Oliver Romberg vieweg

2 Inhaltsverzeichnis 1 Grundlagen Mathe fur Thermodynamiker und -innen Deutsch fur Thermodynamiker (m/w) Hier geht nix verloren - die Sache mit der Energie Erstmal Bilanz ziehen ZustandsgroBen und ProzessgroBen Masse und Stoffmenge Spezifische, intensive und extensive GroBen Druck und Temperatur Kurze Prozesse! 22 2 Vasenwechsel Malen nach Zahlen - Zustandsdiagramme Das p,v-diagramm Das T,v-Diagramm Das p,t-diagramm Das Nassdampfgebiet aus der Nahe betrachtet 34 3 Im Namen des Stoffgesetzes - Thermische Zustandsgleichungen Das ideale Gasgesetz Ganz einfach - das inkompressible Fluid Thermische Zustandsgleichungen realer Fluide Die lineare Interpolation 44 4 Hauptsache Hauptsatze - 1. Hauptsatz Rein oder raus? Wie vereinfache ich meinen Hauptsatz? Uber Warme und Arbeit Der 1. Hauptsatz fur geschlossene Systeme Der 1. Hauptsatz fur offene Systeme Die Massenbilanz Beispiele fur Energiebilanzen Ein quasi-stationarer FlieBprozess Ein klassischer stationarer FlieBprozess Ein instationarer FlieBprozess Noch ein stationarer Prozess 76 VII

3 4.8 Energie wirkt immer! 77 5 Wenn das Nudelwasser iiberkocht und ahnliche Dramen Im Namen des Stoffgesetzes - Kalorische Zustandsgleichungen Kalorische Zustandsgleichung des idealen Gases Zustandsanderungen beim idealen Gas Isotherme Zustandsanderung Isochore Zustandsanderung Isobare Zustandsanderung Adiabate Zustandsanderung Isentrope Zustandsanderung Kalorische Zustandsgleichung des inkompressiblen Fluids Hauptsatze und Nebensatze - der 2. Hauptsatz Entropie - die Sache mit der Unordnung Die Entropiebilanz Die Berechnung von Entropiestromen Die Entropie der Warme Die Entropie eines Stoffes Entropiezustandsgleichungen fur die Modellfluide Entropieerzeugung durch Dissipation Der 2. Hauptsatz, ganz allgemein Das T,s-Diagramm Energie und Entropie im Nassdampfgebiet Das h,s-diagramm Turbinen, Verdichter, isentrope Wirkungsgrade Exergie und Anarchie Exergie-Rechnereien Exergie und Anergie eines geschlossenen Systems Exergie und Anergie der Warme Exergie und Anergie eines Massenstroms Ex und hopp - Exergieverluste Der exergetische Wirkungsgrad Warmeubertragung Warmeleitung Konvektion Warmestrahlung 139 VIII

4 9 Kreischprozesse Linksherum und rechtsherum im Kreis Wirkungsgrade und Leistungszahlen Kaltprozesse, HeiBprozesse, Kreisprozesse Der Streber - Carnot Kreisprozesse die Gas geben Ericsson-Prozess Joule-Prozesse, offen oder geschlossen Stirling-Prozess On the road - Verbrennungsmotoren Otto-Prozess Diesel-Prozess Kreisprozesse in XXL - Dampfkraftanlagen Einfacher Dampfkraft-und Clausius-Rankine-Prozess Dampfkraft-Prozess mit Zwischenuberhitzung Dampfkraft-Prozess mit Speisewasservorwarmung Der Gesamtwirkungsgrad von Dampfkraftanlagen Kaltemaschine und Warmepumpe Gemischte Gefuhle oder gefuhlte Gemische Die Beschreibung von Gemischen Die Backermethode Die Erbsenzahlermethode Backerbsen - wiegen oder zahlen? Das ideale Grasgemisch Nicht nur in den Tropen ein Problem - feuchte Luft Die Zusammensetzung von feuchter Luft Stoffwerte von feuchter Luft Zustandsanderungen feuchter Luft Isobares Abkiihlen feuchter Luft Adiabates Mischen von feuchter Luft Verbrennungen dritten Grades Das Sauerstoffangebot Der Sauerstoffbedarf Kohle, Koks und Konsorten Gas, Grappa und Genossen 229 IX

5 12.3 Erstmal tief Luft holen 12.4 Bilanzen bei der technischen Verbrennung 13...undsonst? 14 Aufgaben mit Losungsweg 14.1 Aufgaben zum idealen Gasgesetz 14.2 Aufgaben zum ersten Hauptsatz 14.3 Aufgaben zum Nassdampfgebiet 14.4 Aufgaben zum zweiten Hauptsatz 14.5 Aufgaben zu Kreisprozessen 14.6 Aufgaben zu Gemischen 14.7 Aufgaben zu feuchter Luft 14.8 Aufgaben zur Verbrennung Literaturverzeichnis Sachregister X

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