Rainer Müller. Thermodynamik. Vom Tautropfen zum Solarkraftwerk. De Gruyter

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1 Rainer Müller Thermodynamik Vom Tautropfen zum Solarkraftwerk De Gruyter

2 Inhaltsverzeichnis 1 Biologie und Chemie des Kochens Was beim Garen geschieht Gemüse Fleisch Spaghetti kochen - Erhitzen von Stärke Garverfahren Wasser und Dampf - Kochen im Schnellkochtopf Die Erfindung des Schnellkochtopfs Zustände thermodynamischer Systeme Phasenänderungen beim Erhitzen von Wasser v-t-diagramm und Verdampfungsenthalpie Sieden bei höherem Druck Kochen im Schnellkochtopf Phasenübergänge in der Natur - Dampf, Tau und Nebel Geysire Gasgemische Verdampfen und Verdunsten Kochen im Gebirge Luftfeuchtigkeit Taubildung und Taupunkttemperatur Nebel und Wolken Das ideale Gas - Comelis Drebbels Wunderapparatur Der Apparat von Cornelis Drebbel Die Zustandsgleichung des idealen Gases Drebbels Apparat als Barometer und Thermometer 88 5 Fundamentale Konzepte: Kinetische Gastheorie Die Begründung der Thermodynamik aus der klassischen Mechanik Mikroskopisches Modell des idealen Gases Statistische Beschreibung des Drucks Zustandsgleichung des idealen Gases Maxwell-Boltzmann-Verteilung

3 viii Inhaltsverzeichnis 5.6 Luft, statistisch betrachtet. 5.7 Brownsche Bewegung 5.8 Reale Gase Der erste Hauptsatz - Thermodynamik des Backofens Der Sonntagsbraten als thermodynamisches Problem Systemgrenzen Energieformen Innere Energie Gesamtenergie Wärme und Arbeit Der erste Hauptsatz der Thermodynamik Spezifische Wärmekapazität Spezifische Wärmekapazität von Gasen cv, c p und die Mathematik des ersten Hauptsatzes Wärmekapazitäten und der Gleichverteilungssatz Modelle für Festkörper und Flüssigkeiten Isobare Prozesse und die Enthalpie Erster Hauptsatz für stationäre Fließprozesse Adiabatische Prozesse - Luftdruck, Thermik und Wolken Die barometrische Höhenformel Temperaturmessungen mit Radiosonden Thermik Der adiabatisch-reversible Prozess Der Aufstieg eines Luftpaketes Thermik und Temperaturkurve Feuchtadiabatischer Aufstieg Wolkenbildung Höhenabhängigkeit der Taupunkttemperatur Thermodynamische Kreisprozesse - Heizen mit Wärmepumpen Klimawandel und CO 2 -Emissionen Mit kalter Luft heizen? Die Carnot-Wärmepumpe Leistungszahl von Wärmepumpen Die Carnot-Wärmekraftmaschine Wärmepumpen zur Wohnungsheizung Leistungszahlen in der Praxis Primärenergiebilanz von Wärmepumpen Der Kältemittelkreislauf in einer Wärmepumpe Kältemittel Quantitative Analyse des Kältemittelkreislaufs. 237

4 Inhaltsverzeichnis ix 9 Fundamentale Konzepte: Die Entropie als Zustandsgröße Die Qualität der Energie,., Die Entropie der inkompressiblen Substanz.., Adiabatische Erreichbarkeit als Ordnungsrelation 248 9,4 Die Entropie., ,., Die Entropie des idealen Gases Unterirdische Verbindungen Fundamentale Konzepte: Der zweite Hauptsatz Irreversible Prozesse...,.., Bilanzgleichung für die Entropie., Der zweite Hauptsatz der Thermodynamik Entropieerzeugung in irreversiblen Prozessen Das Maximum der Entropie...,, Freie Energie und freie Enthalpie Klassische Fassungen des zweiten Hauptsatzes Entropiebilanz für offene Systeme..., Fundamentale Konzepte: Mikroskopische Deutung der Entropie Irreversibilität und die Zerstreuung von Energie, Makrozustand und Mikrozustände '..., Statistische Mechanik: Das Zählen von Zuständen Das Boltzmann-Einstein-Modell,., Die Verbindung zur Thermodynamik...,,, Die Boltzmann-Verteilung..,...,,., Mikroskopische Begründung der Irreversibilität Kraftwerksprozesse - Strom von der Sonne Solarkraftwerke in der Wüste,.., Grundaufbau eines solarthermischen Kraftwerks Der Kraftwerksprozess Gas-und-Dampf-Kraftwerke Kraft-Wärme-Kopplung Mechanismen der Wärmeübertragung - Windchill Windchillmessungen in der Antarktis Die Mechanismen der Wärmeübertragung Wärmeleitung Wärmeübertragung durch Strahlung Wärmeübertragung durch Konvektion ,6 Der Behälter von Siple und Passei Thermische Netzwerke

5 x Inhaltsverzeichnis 14 Instationäre Wärmeleitung - Das perfekte Frühstücksei Die Wärmeleitungsgleichung Die gleichmäßige Erwärmung Morgen bringe ich sie um Warum sich Metall kalt und Holz warm anfühlt 393 A Literatur und Bildnachweis 401 B Tabellen und Symbolverzeichnis 409 Sachregister 425