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2013 | Buch

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Thermodynamik kompakt

verfasst von: Bernhard Weigand, Jürgen Köhler, Jens von Wolfersdorf

Verlag: Springer Berlin Heidelberg

Buchreihe : Springer-Lehrbuch

Enthalten in: Springer Professional "Wirtschaft+Technik" , Springer Professional "Technik"

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Über dieses Buch

Thermodynamik kompakt stellt den Lehrstoff der Thermodynamik in kurzer und prägnanter Weise dar. Den Autoren gelingt es, die Sachverhalte inhaltlich auf hohem Niveau, aber gut verständlich zu vermitteln. Die Studierenden lernen so, das Wichtige vom Nebensächlichen zu unterscheiden. Das Buch beschreitet neue Wege in der Präsentation des Stoffes. So werden Bilanzgleichungen allgemein betrachtet, und es wird relativ früh auf das thermische und kalorische Verhalten der Stoffe eingegangen. Das ideale Gas und das reale Gasverhalten werden parallel für verschiedene Anwendungen gezeigt. Zahlreiche Verständnisfragen vertiefen den Stoff. Mehrere Anwendungskapitel runden das Buch ab und verdeutlichen, wozu die theoretischen Gleichungen verwendet werden.3D-Animationen und weiteres Bildmaterial im Internet dienen der Veranschaulichung. Die Darstellungen der ersten Auflage haben sich bewährt.

Für die dritte Auflage wurden kleinere Korrekturen durchgeführt, die Bilder vollständig überarbeitet und die Tabelle für die Zustandsänderungen realer Gase übersichtlicher dargestellt.

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Inhaltsverzeichnis

Frontmatter

Chapter 1. Einleitung

Zusammenfassung

Die phänomenologische oder technische Thermodynamik hat ihren Ursprung vor rund zweihundert Jahren in der Beschäftigung mit Kraft- und Arbeitsmaschinen (z. B. mit Dampfkraftprozessen und etwas später mit Verdichtern, Otto- und Dieselmotoren). Ein Charakteristikum der Thermodynamik ist, dass hier der Versuch unternommen wird, die zugrundeliegenden Prozesse immer durch möglichst wenige makroskopische Systemgrößen (wie z. B. Temperatur, Druck, Dichte) zu beschreiben. Dies führt dazu, dass man meist nur einen Wert für eine Größe (z. B. Temperatur in einem Luftballon) für das betrachtete Gebilde angibt. Es wird also nicht versucht, die örtliche Verteilung von Größen wie Temperatur oder Druck detailliert zu bestimmen. Diese im ersten Moment sehr einfach anmutende Betrachtungsweise hat jedoch zahlreiche Vorteile, da es mit ihr meist gelingt, die technischen Systeme in ihrer Funktionsweise leicht zu durchleuchten und mit Hilfe der thermodynamischen Betrachtung zu verstehen.

Bernhard Weigand, Jürgen Köhler, Jens von Wolfersdorf

Chapter 2. Grundlagen

Zusammenfassung

In diesem Kapitel werden einige benötigte Grundbegriffe und Definitionen der Thermodynamik zusammengefasst. Besonders wichtig ist in der Thermodynamik der Begriff des Systems. Dies ist der Gegenstand der Betrachtung. Systeme lassen sich nach ihren Eigenschaften in verschiedene Klassen einteilen. Ihr Inhalt wird durch verschiedene Zustandsgrößen beschrieben und durchläuft Zustandsänderungen. Der Temperaturbegriff spielt in der Thermodynamik eine zentrale Rolle und unterscheidet z. B. auch die Thermodynamik von der Mechanik. Die Einführung des Temperaturbegriffs ist eng mit dem sogenannten nullten Hauptsatz der Thermodynamik verbunden und wird nachfolgend dargestellt. Wie schon im ersten Kapitel kurz beschrieben, befasst sich die Thermodynamik mit der Umwandlung von Energiearten. Diese werden im folgenden Kapitel vorgestellt.

Bernhard Weigand, Jürgen Köhler, Jens von Wolfersdorf

Kapitel 3. Die Hauptsätze der Thermodynamik

Zusammenfassung

In der Thermodynamik kennt man vier Hauptsätze: den nullten, den ersten, den zweiten und den dritten Hauptsatz. Die vielleicht ungewöhnlich anmutende Nummerierung von null beginnend begründet sich damit, dass historisch der erste Hauptsatz der Zustandsgröße Energie und der zweite Hauptsatz der Zustandsgröße Entropie zugeordnet wurden, bevor man das thermische Gleichgewicht mit der Zustandsgröße Temperatur als nullten Hauptsatz bezeichnete. Die Gültigkeit der ersten drei Hauptsätze beruht allein auf der Beobachtung von Prozessen in Natur und Technik, d. h., sie sind reine Erfahrungssätze, die nicht bewiesen sondern nur widerlegt werden können. Mit dem nullten, dem ersten und dem zweiten Hauptsatz werden wir im Folgenden jeweils eine thermodynamische Zustandsgröße axiomatisch einführen. In der Mechanik und Thermodynamik kann man für verschiedene Zustandsgrößen, wie z. B. Impuls, Drall, Energie und Entropie, Bilanzen formulieren. Manche dieser Zustandsgrößen sind in abgeschlossenen Systemen konstant, so dass man dann auch von Erhaltungssätzen spricht.

Bernhard Weigand, Jürgen Köhler, Jens von Wolfersdorf

Kapitel 4. Stoffe und deren thermodynamische Beschreibung (Materialgesetze)

Zusammenfassung

Betrachten wir ein System, so kann es sich um ein homogenes oder heterogenes (mehrphasiges) System handeln. Ganz gleich, welche Art von System betrachtet wird, wir müssen immer etwas über das Verhalten des Stoffes im System wissen, um eine Zustandsgröße, wie z. B. seine Temperatur aus anderen Zustandsgrößen berechnen zu können. Diesen grundlegenden Betrachtungen widmet sich das vorliegende Kapitel.

Bernhard Weigand, Jürgen Köhler, Jens von Wolfersdorf

Kapitel 5. Anwendungen der Hauptsätze

Zusammenfassung

In diesem Kapitel werden Anwendungen der im dritten Kapitel dargestellten Hauptsätze für einfache Systeme diskutiert. Der Schwerpunkt des Kapitels liegt auf der Darstellung von Beispielen mit realen und idealen Gasen.

Bernhard Weigand, Jürgen Köhler, Jens von Wolfersdorf

Kapitel 6. Maximale Arbeit und Exergie

Zussmanfussang

In diesem Kapitel wird berechnet welche maximale Arbeit aus einem System gewonnen werden kann, das sich nicht im Gleichgewicht mit der Umgebung befindet. Diese maximale Arbeit die entsteht, wenn das System ins Gleichgewicht mit der Umgebung gebracht wird, wird mit Hilfe des ersten und des zweiten Hauptsatzes formellmäßig erfaßt und für verschiedene Anwendungen diskutiert.

Bernhard Weigand, Jürgen Köhler, Jens von Wolfersdorf

Kapitel 7. Technische Anwendungen

Zusammenfassung

In diesem Kapitel werden verschiedene technische Anwendungen ausführlich betrachtet. Zunächst werden Verdichter betrachtet. Danach widmet sich das Kapitel der thermodynamischen Berechnung von Kreisprozessen (Wärmekraftprozesse, Wärmepumpen- und Kältemaschinenprozesse). Anschließend erfolgt die Beschreibung von eindimensionalen Strömungsvorgängen, wie sie in Arbeitskraftmaschinen oftmals vorzufinden sind, wobei der Schwerpunkt auf kompressiblen Strömungen im Unter- und Überschall liegt. Gemische von Gasen und Dämpfen werden danach am Beispiel der feuchten Luft dargestellt. Abschließend wird das chemische Gleichgewicht bei reagierenden Gasgemischen betrachtet.

Bernhard Weigand, Jürgen Köhler, Jens von Wolfersdorf

Backmatter

Titel: Thermodynamik kompakt
verfasst von: Bernhard Weigand
Jürgen Köhler
Jens von Wolfersdorf
Copyright-Jahr: 2013
Verlag: Springer Berlin Heidelberg
Electronic ISBN: 978-3-642-37233-9
Print ISBN: 978-3-642-37232-2
DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-642-37233-9

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