Thermodynamik

Gasgesetze

Zustandsänderungen

Thermodynamische Systeme

Ein thermodynamisches System ist ein Gedankenmodell. Es wird beschrieben durch

• Systemgrenzen
• die über die Systemgrenzen ausgetauschten Prozessgrößen (Arbeit und Wärme)
• die Zustandsgrößen, die den inneren Zustand des Systems beschreiben (innere Energie, Temperatur, Druck und Volumen).

Nach Festlegung der Systemgrenzen kann ein thermodynamisches System bilanziert werden. Es gelten die allgemeinen Bilanzgleichungen, die man sich leicht am Beispiel des eigenen Körpergewichts veranschaulichen kann. Allgemeine Gleichung

Körpergewicht

Kontostand

Energiebilanz (1. Hauptsatz der Thermodynamik)

Beispiel Haus

Aufgabe Haus

Zustands- und Prozessgrößen

Zuordnung
Handelt es sich bei den angegebenen Größen um Zustandsgrößen oder um Prozessgrößen

Zustandsgrößen	Temperatur	Druck	Volumen	Innere Energie
Prozessgrößen	Wärme	Arbeit

1. Hauptsatz

Die Änderung der inneren eines Systems ist gleich der Summe der dem System zu- bzw. abgeführten Wärme plus der Summe der dem System zu- bzw. abgeführten Arbeit.

2. Hauptsatz

Eine gute Zusammenfassung einschließlich verschiedener Definitionen des 2.Hauptsatzes findet sich hier. Die wesentlichen Aussagen lauten:

• Wärme bewegt sich nur von einem höheren zu einem niedrigen Temperaturniveau, nie umgekehrt
• Wärme kann nur bedint in mechanische Arbeit umgewandelt werden.
• Zusammen mit Wärme strömt immer Entropie.Der Begriff der Entropie wird sehr verständlich erläutert in diesem Video, das bei einem SienceSlam aufgezeichnet wurde.
• Bei irreversiblen Vorgängen entsteht Entropie zu (es entsteht Wärme).

Wärmekraftmaschinen (rechtslaufender Kreisprozess)

Eine Wärmekraftmaschine ist eine Maschine, die Wärme in mechanische Energie umwandelt. Beispiele sind Dampfmaschine, Dampfturbine, Stirling-Motor und alle Verbrennungsmotoren. Auf dieser Seite ist eine Wärmekraftmaschine am Beispiel einer Dampfmaschine als Versuch demonstriert Wärmekraftmaschinen nutzen „rechtslaufende“ Kreisprozesse, bei denen die geschlossene Kurve etwa im T-S oder p-v-Diagramm im Uhrzeigersinn durchlaufen wird.

Aufgabe Energiebilanz Kohlekraftwerk Ein Kohlekraftwerk, welches zwischen 500 °C (überhitzter Wasserdampf) und 100 °C (Kondensator) arbeitet und 80 % des theoretisch möglichen (reversiblen) Wirkungsgrades besitzt, gibt pro Sekunde eine elektrische Arbeit von 50 MJ ab. Erstellen Sie die Energiebilanz dieses Kraftwerks: a) Berechnen Sie die pro Sekunde aufgenommene Wärmemenge b) Berechnen Sie die pro Sekunde abgegebene Wärmemenge

Lösung der Aufgabe in diesem Video:

Stirling-Motor

Der Stirling Motor ist ein Motor, der mit heißer Luft (z.B. Abwärme) als Wärmequelle betrieben werden kann. Einen guten Einblick in die Funktionsweise, die physikalischen Grundlagen sowie den Erfinder des Stirling-Motors gibt diese Sendung des bayrischen Fernsehens

Sehr detaillierte und fundierte Informationen zum Stirling-Motor gibt es auf dieser von einer Privatperson betriebenen Seite.