Einführung in die Technische Thermodynamik

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1 Arnold Frohn Einführung in die Technische Thermodynamik 2., überarbeitete Auflage Mit 139 Abbildungen und Übungen AULA-Verlag Wiesbaden

2 INHALT 1. Grundlagen Aufgabe und Methoden der Thermodynamik System Beschreibung des Systems Makroskopischer Standpunkt Mikroskopischer Standpunkt Zustand des Systems Thermodynamischer Gleichgewichtszustand Quasistatische Zustandsänderungen Temperatur Thermisches Gleichgewicht Temperaturmessung Empirische Temperatur Deutung der Temperatur vom mikroskopischen Standpunkt Einfache geschlossene Systeme Allgemeines Die thermische Zustandsgieichung Intensive, extensive, spezifische und molare Größen Temperaturausgleich und Wärme Allgemeines Mikroskopischer Standpunkt Kalorimetrie Erster Hauptsatz für geschlossene Systeme Vorbemerkungen Arbeit Innere Energie Wärme Formulierung des ersten Hauptsatzes für ruhende geschlossene Systeme Kalorische Zustandsgieichung Enthalpie Zusammenhang zwischen c p und c v 34

3 VTII Inhalt 3. Ideale Gase Vorbemerkungen Die thermische Zustandsgieichung des idealen Gases Verschiedene Formen der thermischen Zustandsgieichung Mikroskopische Deutung der thermischen Zustandsgieichung des idealen einatomigen Gases Kalorische Eigenschaften idealer Gase Kalorische Zustandsgieichung Mikroskopische Deutung der kalorischen Zustandsgieichung Einfache Zustandsänderungen idealer Gase Isotherme Zustandsänderungen idealer Gase Isochore Zustandsänderungen idealer Gase Isobare Zustandsänderungen idealer Gase Reversible adiabate Zustandsänderungen idealer Gase Polytrope Zustandsänderungen idealer Gase Reversible und irreversible Verdichtung des idealen Gases Reversible und irreversible Prozesse Kreisprozesse mit idealen Gasen Zu Standsgrößen Bestimmung der Differenz c p -c v Der Carnotsche Kreisprozeß für ideale Gase Gemische idealer Gase Vorbemerkungen Einige allgemeine Definitionen Zustandsgieichungen für Gemische idealer Gase Erster Hauptsatz für Systeme mit Bewegung Vorbemerkungen Bewegtes geschlossenes System im äußeren Kraftfeld Erster Hauptsatz für offene Systeme Stationäre Fließprozesse Der Joule-Thomson-Versuch Die Bernoullische Gleichung Zweiter Hauptsatz Vorbemerkungen DieCarnot-Maschine Wirkungsgrad der Carnot-Maschine Die absolute Temperaturskala 90

4 Inhalt IX 5.3 Zweiter Hauptsatz und Entropie Erster Teil des zweiten Hauptsatzes Zweiter Teil des zweiten Hauptsatzes Formulierung des zweiten Hauptsatzes Folgerungen aus dem zweiten Hauptsatz Allgemeines Das Temperatur-Entropie-Diagramm Zustandsänderungen im Temperatur-Entropie-Diagramm Reversible Kreisprozesse Zur Bedeutung der Entropie Die thermodynamischen Potentiale Die Potentialeigenschaft der inneren Energie Transformation der unabhängigen Veränderlichen Die Maxwell-Beziehungen Weitere Beispiele für die Berechnung von Entropiedifferenzen Temperaturausgleich Mischungsentropie Dissipation Adiabate Drosselung Thermodynamisches Gleichgewicht Maximum der Entropie Anwendung auf den Gleichgewichtszustand eines einfachen thermodynamischen Systems Extremaleigenschaften der thermodynamischen Potentiale Maximale Arbeit Maximale Arbeit des geschlossenen Systems Maximale Arbeit für offene stationäre Systeme Bewertung der Energiearten Ergänzungen zum zweiten Hauptsatz Allgemeine Kraft-und Arbeitskoordinaten Die Temperatur als integrierender Nenner Reversible adiabate Flächen Integrierender Nenner für die Wärme Thermodynamische Bedeutung des integrierenden Nenners Die Temperaturskala Pfaffsche Formen Die Aussage von Carathdodory 137

5 X Inhalt 6. Mehrphasensysteme Dasvan-der-Waals-Gas Thermische Eigenschaften Kalorische Eigenschaften Die Grenze zwischen gasförmiger und flüssiger Phase im p,v-diagramm des van-der-waals-gases Zum Zweiphasengebiet realer Gase Die Dampfdruckkurve Systeme mit drei Phasen Dritter Hauptsatz Gemische von Gasen und Dämpfen Einleitung Einige Definitionen Kalorische Eigenschaften feuchter Luft Das h,x-diagramm feuchter Luft Abkühlung feuchter Luft Mischungsvorgänge feuchter Luft Anwendungen der Gleichgewichtsbedingungen Systeme mit chemischen Reaktionen Das chemische Potential Das Massenwirkungsgesetz Das Gleichgewicht zwischen Phasen mit unterschiedlichen Drücken Druck- und Temperaturabhängigkeit der Konstanten des Massenwirkungsgesetzes Der Satz von Hess Heterogene Reaktionen Die Kirchhoffsche Gleichung Katalyse Technische Anwendungen der Kreisprozesse Allgemeines Verdichter Einstufige Kolbenverdichter ohne schädlichen Raum Mehrstufige Verdichtung ohne schädlichen Raum Einstufige Kolbenverdichter mit schädlichem Raum Turboverdichter Strahlverdichter 207

6 Inhalt. XI 10.3 Der Ottoprozeß Der Dieselprozeß Der Seiliger-Prozeß Turbinen Gasturbinen Turbinenstrahltriebwerke Staustrahltriebwerke Wellenleistungstriebwerke Raketen Kälteerzeugung Wasserdampf in Wärmekraftanlagen Anwendung der Thermodynamik auf einfache Strömungsvorgänge Schwache Störungen der Zustandsgrößen Die Schallgeschwindigkeit Einige Folgerungen aus dem ersten Hauptsatz Grundgleichungen eindimensionaler Strömung Strömung durch Rohre mit veränderlichem Querschnitt Zustandsänderungen im Verdichtungsstoß Entropiezunahme im Verdichtungsstoß Fanno-Linie und Rayleigh-Linie 242 Literatur 246 Namen- und Sachverzeichnis 249