Wolfgang Heidemann. Technische Thermodynamik. Kompaktkurs für das Bachelorstudium. Wl LEY-VCH. Verlag GmbH & Co. KGaA

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1 Wolfgang Heidemann Technische Thermodynamik Kompaktkurs für das Bachelorstudium Wl LEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA

2 Inhaltsverzeichnis Vorwort XI Nomenklatur XIII 1 Einleitung Technische Thermodynamik Zur Handhabung des Arbeitsbuches 2 2 Grundlagen Das thermodynamische System Thermodynamische Größen Zustandsgrößen Zustandsänderungen II Energie Prozessgrößen Temperatur Thermisches Gleichgewicht Nullter Hauptsatz der Thermodynamik und Temperaturmessung 18 Zusammenfassung 20 Aufgaben und Lösungen 23 3 Der erste Hauptsatz der Thermodynamik Allgemeine Formulierung Geschlossenes System Offenes System Arbeitsformen Mechanische Arbeit Volumenarbeit Dissipationsarbeit (Reibungsarbeit) Nutzarbeit Verschiebearbeit Die technische Arbeit Andere Arbeitsformen 42

3 VIII Inhaltsverzeichnis 3.3 Wärme Innere Energie Enthalpie Mechanische Energie Spezielle Formulierungen Geschlossenes System Das stationäre offene System Beispiele 48 Zusammenfassung 51 Aufgaben und Lösungen 57 4 Der zweite Hauptsatz der Thermodynamik Die Richtung von Prozessen Entropie und deren Bilanzierung Geschlossene Systeme und Kreisprozesse Entropiebilanz am offenen System Schlussfolgerungen Die Gibbssche Fundamentalgleichung Entropieberechnung Beziehungen zwischen Zustandsgrößen Beispiele, Tipps und Tricks 100 Zusammenfassung 105 Aufgaben und Lösungen Stoffthermodynamik-Eigenschaften der Materie Das p, v, T-Verhalten reiner realer Stoffe Die Bestimmung thermischer und kalorischer Zustandsgrößen Festkörper, Flüssigkeit, Schmelzen/Erstarren, Sublimieren/Desublimieren Nassdampfgebiet, Verdampfen/Verflüssigen Gase und Dämpfe 134 Zusammenfassung 148 Aufgaben und Lösungen Einfache Zustandsänderungen Ideales Gas Isochore Zustandsänderung Isobare Zustandsänderung Isotherme Zustandsänderung Adiabate Zustandsänderung i& Polytrope Zustandsänderung i& Irreversibel adiabate Explosion Nassdampf Isobare, isotherme Zustandsänderung Isochore Zustandsänderung i87

4 Inhaltsverzeichnis IX Adiabate Zustandsänderung Isenthalpe Zustandsänderung Kreisprozesse, Carnot-Prozess Der rechtsgängige Kreisprozess Der linksgängige Kreisprozess Der Carnot-Prozess 195 Zusammenfassung 198 Aufgaben und Lösungen Exergie Exergie einer Wärme Exergie der Arbeit Exergie eines geschlossenen Systems Exergie eines offenen Systems Exergieverlust Der exergetische Wirkungsgrad Beispiele, Tipps und Tricks 255 Zusammenfassung 259 Aufgaben und Lösungen Thermodynamische Prozesse Wärme-Kraft-Prozesse Vergleichsprozesse für Verbrennungsmotoren Stirling-Prozess Ericson-Prozess Joule-Prozess Dampfkraftprozesse Linksgängige Kaltgasprozess 300 Prozesse Kaltdampfprozess Das Linde-Verfahren zur Luftverflüssigjung Verdichter 305 Zusammenfassung 307 Aufgaben und Lösungen Gasgemische und feuchte Luft Gemisch idealer Gase Konzentrationen Eigenschaften idealer Gasmischungen Feuchte Luft Konzentrationsmaße Thermische und kalorische Zustandsgrößen Das Mollier hg/l, ^-Diagramm Zustandsänderungen feuchter Luft 372 Zusammenfassung 380 Aufgaben und Lösungen 385

5 X Inhaltsverzeichnis 10 Chemische Reaktionen Reaktionsenthalpie Standardreaktionsenthalpie Reaktionsenthalpie bei beliebiger Temperatur Verbrennungsprozesse Verbrennung mit Luft Verbrennungsreaktionen der Praxis 432 Zusammenfassung 436 Aufgaben und Lösungen 438 Anhang A Tabellen und Stoffwerte 4SI Anhang B Herleitungen 465 B.l Das vollständige oder totale Differenzial 465 B.2 Betrachtung der Differenzialausdrücke (du/dv)t und (dh/dp)v 465 B.3 Kinetische Gastheorie 467 AnhangC Diagramme 469 Weiterführende Literatur 471 Sachverzeichnis 473