Skip to main content
main-content

Über dieses Buch

Dieses Lehrbuch stellt ausführlich und gut strukturiert die wesentlichen wissenschaftlichen Grundlagen der Thermodynamik für eine praxisorientierte Lehre dar. Es vermittelt analytisch zuverlässiges Wissen mit Blick auf eine ingenieurtechnische Anwendung und liefert den Schlüssel zum schnellen Verständnis der Kraft- und Arbeitsmaschinen. Die vorliegende Auflage wurde um das Kapitel Chemische Thermodynamik erweitert, der Abschnitt Wärmelängsleitung in der ebenen Trennwand steht nun auf der Verlagshomepage beim Buch zum Download zur Verfügung.

Inhaltsverzeichnis

Frontmatter

1. Thermodynamische Grundbegriffe

Zusammenfassung
Die Thermodynamik befasst sich mit der Energieumwandlung und -übertragung, soweit jene Energieform beteiligt ist, die gemeinhin mit „Wärme“ bezeichnet wird; daneben werden damit zusammenhängende Stoffeigenschaften erfasst. Der Begriff der Wärme hat allerdings in den letzten Jahrzehnten einen Bedeutungswandel erlebt. Was in der geschichtlichen Entwicklung der klassischen Naturwissenschaften als Wärme bezeichnet wurde, wird heute weitgehend durch den Begriff der „inneren Energie“ beschrieben. Damit ist die Wärme nicht mehr die zentrale Energieform der Thermodynamik; die Bezeichnung des Fachgebietes ist diesem Bedeutungswandel gefolgt: Aus der „Wärmelehre“ wurde die Thermodynamik.
Martin Dehli, Ernst Doering, Herbert Schedwill

2. Der erste Hauptsatz der Thermodynamik

Zusammenfassung
In der Mechanik wird das Prinzip der Erhaltung der Energie auf zwei Energiearten angewandt, die bei der reibungsfreien Bewegung von Körpern im Schwerefeld der Erde auftreten: die potentielle und die kinetische Energie. Es besagt, dass in einem abgeschlossenen mechanischen System die Summe beider Energien konstant bleibt.
Martin Dehli, Ernst Doering, Herbert Schedwill

3. Der zweite Hauptsatz der Thermodynamik

Zusammenfassung
Nach dem ersten Hauptsatz der Thermodynamik ist jede beliebige Energieumwandlung denkbar. Beispielsweise könnte jede Energieform in jede andere umgewandelt werden. Untersuchen wir aber die in Natur und Technik ablaufenden Prozesse genauer, so ergibt sich, dass bei vielen Prozessen eine vollständige Umwandlung in die gewünschte Energie niemals erreicht werden kann. So arbeitet beispielsweise eine Wasserturbine oder ein Elektromotor mit einem bestimmten Wirkungsgrad, der angibt, welcher Anteil der zugeführten Energie in die gewünschte Energieform umgewandelt wird.
Martin Dehli, Ernst Doering, Herbert Schedwill

4. Ideale Gase

Zusammenfassung
In einem Gas bewegen sich die Moleküle auf Grund der thermischen Energie der Stoffmenge ungeordnet und mit großer Geschwindigkeit im gesamten zur Verfügung stehenden Raum. Vergleichen wir den mittleren Molekülabstand mit dem „Durchmesser“ der Moleküle (es sei der Einfachheit halber erlaubt, diesen Begriff einzuführen), so zeigt sich, dass unter normalen Bedingungen das Verhältnis aus dem Eigenvolumen der Moleküle und dem Gesamtvolumen des Gases sehr klein ist. Vernachlässigt man das Eigenvolumen der Moleküle und stellt sich damit die Moleküle als Massenpunkte vor und verzichtet auf die Berücksichtigung der Wechselwirkungskräfte zwischen den Molekülen, so kann man wichtige Aussagen über die Eigenschaften des Gases herleiten. Ein derartig idealisiertes Gas bezeichnet man als ein ideales oder vollkommenes Gas. Sind diese Vereinfachungen nicht möglich, so spricht man von einem realen Gas.
Martin Dehli, Ernst Doering, Herbert Schedwill

5. Reale Gase und Dämpfe

Zusammenfassung
Jeder reine Stoff kann in drei verschiedenen Phasen auftreten: fest, flüssig und gasförmig. Die Phasen unterscheiden sich durch ihre physikalischen Eigenschaften wie z. B. Dichte, spezifische Wärmekapazität, Brechungsindex. In der gasförmigen Phase bezeichnet man den Stoff als reales Gas oder als Dampf. Es besteht kein Unterschied zwischen einem realen Gas und einem Dampf. Es hat sich jedoch der Sprachgebrauch eingebürgert, reale Gase in der Nähe ihrer Verflüssigung als Dämpfe zu bezeichnen.
Martin Dehli, Ernst Doering, Herbert Schedwill

6. Thermische Maschinen

Zusammenfassung
In der Thermodynamik hat die Untersuchung von Maschinen und Apparaten Bedeutung, in denen Prozesse mit Gasen (zu denen auch die Dämpfe gerechnet werden) und mit Flüssigkeiten stattfinden. In thermischen Maschinen erfahren Fluide im Verlauf des Prozesses Temperaturänderungen. In diesen Maschinen finden Energieumwandlungen zwischen mechanischer und thermischer Energie statt.
Martin Dehli, Ernst Doering, Herbert Schedwill

7. Kreisprozesse

Zusammenfassung
Thermodynamische Zustandsänderungen können allgemein durch die folgenden — in der Regel gleichzeitig auftretenden und einander gleichwertigen — vier Prozessgrößen beschrieben werden (vgl. Abschnitt 3, Gln.
Martin Dehli, Ernst Doering, Herbert Schedwill

8. Exergie

Zusammenfassung
Energieumwandlungen sind nach dem zweiten Hauptsatz nicht unbeschränkt möglich: Z. B. lässt sich Kupplungsarbeit restlos in innere Energie umwandeln; eine vollständige Umwandlung von innerer Energie in Kupplungsarbeit ist dagegen unmöglich. In diesem Abschnitt werden die Bedingungen, unter denen Energieumwandlungen stattfinden, näher untersucht. Dieser Abschnitt ist somit eine Fortsetzung der Behandlung des zweiten Hauptsatzes. Dabei wird die Bezeichnung Energie als Oberbegriff, der die Arbeit einschließt, verwendet.
Martin Dehli, Ernst Doering, Herbert Schedwill

9. Wärmeübertragung

Zusammenfassung
Wärme kann von einem wärmeren an einen kälteren Stoff durch Strahlung, Leitung und Konvektion übertragen werden. Die Wärmeübertragung durch Strahlung benötigt kein Übertragungsmedium. Konvektion bei Flüssigkeiten oder Gasen tritt bei der Überlagerung der Wärmeleitung durch eine Strömung auf.
Martin Dehli, Ernst Doering, Herbert Schedwill

10. Feuchte Luft

Zusammenfassung
Feuchte Luft ist ein homogenes Gemisch aus trockener Luft und Wasser. Die trockene Luft bezeichnet man auch als Reinluft. Das Wasser kann in dem Gemisch dampfförmig, flüssig oder fest enthalten sein. Bei der Verfolgung von Zustandsänderungen betrachtet man als Bezugsgröße die trockene Luft. Der Aggregatzustand der Reinluft bleibt unverändert, während das Wasser Phasenänderungen durchlaufen kann. Die Phasenänderungen bezeichnet man als Verdunsten beim Übergang vom flüssigen zum gasförmigen Aggregatzustand und als Tauen beim Phasenübergang in umgekehrter Richtung; weitere mögliche Phasenübergänge sind in Abschnitt 5.1.1 dargestellt.
Martin Dehli, Ernst Doering, Herbert Schedwill

11. Verbrennung

Zusammenfassung
Wärme wird überwiegend durch die Verbrennung von fossilen Energieträgern wie Steinkohle, Braunkohle, Mineralölprodukte und Erdgas erzeugt; daneben haben für wärmetechnische Prozesse auch die Kernspaltung sowie ergänzend die Nutzung von Biomasse und von Solarenergie Bedeutung. In diesem Abschnitt steht die Berechnung von Verbrennungsvorgängen von fossilen Energieträgern und von Biomasse im Mittelpunkt.
Martin Dehli, Ernst Doering, Herbert Schedwill

12. Chemische Thermodynamik

Zusammenfassung
Zur Beschreibung von Systemen, in denen chemische Reaktionen ablaufen, erweist es sich als sinnvoll, bei den beteiligten Stoffen i nicht die Massen mi (angegeben z. B. in g oder kg), sondern die entsprechendenMolmengen ni (angegeben z. B. in mol oder kmol) heranzuziehen. Nimmt beispielsweise infolge einer chemischen Reaktion die Molmenge ni des i-ten Stoffes zu, so nehmen zugleich die Molmengen anderer Stoffe ab.
Martin Dehli, Ernst Doering, Herbert Schedwill

Backmatter

Weitere Informationen

Premium Partner

    Marktübersichten

    Die im Laufe eines Jahres in der „adhäsion“ veröffentlichten Marktübersichten helfen Anwendern verschiedenster Branchen, sich einen gezielten Überblick über Lieferantenangebote zu verschaffen. 

    Bildnachweise