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Über dieses Buch

Dieses Lehrbuch vermittelt die zum Verständnis realer thermischer Prozesse erforderlichen Kenntnisse mit ausführlichen Texten, vielen aussagekräftigen Abbildungen und durchgerechneten Beispielen. Besonderer Wert wird auf die Fachsprache gelegt. In der aktuellen Auflage wurden die Bilddarstellung und -qualität der ersten vier Kapitel verbessert und die Anzahl der Übungen durch ein Quiz erweitert. Das Kapitel Verbrennung wurde überarbeitet und durch die Brennstoffzellentechnik ergänzt. Zahlreiche Fragen und Übungen mit Lösungen unterstützen das Selbststudium. Das ausführliche Sachwortverzeichnis deutsch-englisch hilft zuverlässig beim Finden von Textstellen. Auf der Verlagshomepage beim Buch stehen ein interaktiv nutzbares Glossar und das Sachwortverzeichnis englisch-deutsch zur Verfügung.

Inhaltsverzeichnis

Frontmatter

1. Einführung

Zusammenfassung
Wozu Technische Thermodynamik?
Was ist Technische Thermodynamik?
Woher kommt Technische Thermodynamik?
Klaus Langeheinecke, André Kaufmann, Kay Langeheinecke, Gerd Thieleke

2. Die Systeme und ihre Beschreibung

Zusammenfassung
Ein Gegenstand oder ein Bereich wird zur Untersuchung abgegrenzt und als System bezeichnet. Systeme werden durch Übertragen von Energie beeinflusst.
Die Thermodynamik baut auf Beobachtung auf. Die Gegenstände oder Bereiche der Beobachtung werden als thermodynamische Systeme bezeichnet.
Klaus Langeheinecke, André Kaufmann, Kay Langeheinecke, Gerd Thieleke

3. Stoffeigenschaften

Zusammenfassung
Für den Ablauf thermodynamischer Prozesse spielen Stoffeigenschaften eine erhebliche Rolle. Zu diesen Eigenschaften gehören die Ausdehnung bei steigender Temperatur sowie die Übergänge von einem festen in einen flüssigen Zustand und von diesem in einen dampfförmigen Zustand. Mit der Beschreibung von Stoffeigenschaften werden gleichzeitig einige typische Arbeitsmethoden und Hilfsmittel der Thermodynamik vorgestellt.
Klaus Langeheinecke, André Kaufmann, Kay Langeheinecke, Gerd Thieleke

4. Energien

Zusammenfassung
Wie kann man Energien beschreiben und erfassen?
Alle thermodynamischen Prozesse werden durch Übertragen von Energie verursacht und bewirken im Allgemeinen Änderungen des Energiegehaltes der beteiligten Systeme (Abb. 4.1). Die Erfahrungen mit Speichern und Übertragen von Energien werden im Ersten Hauptsatz der Thermodynamik ausgesprochen, und zwar in verschiedenen Fassungen.
Klaus Langeheinecke, André Kaufmann, Kay Langeheinecke, Gerd Thieleke

5. Prozesse

Zusammenfassung
Erfahrungsgemäß gibt es Vorgänge, die von selbst nur in einer Richtung ablaufen.
Unserer Erfahrung entsprechen Aussagen über den Ablauf einiger einfacher Prozesse (Abb. 5.1). Diese Aussagen sind Fassungen des Zweiten Hauptsatzes der Thermodynamik.
Klaus Langeheinecke, André Kaufmann, Kay Langeheinecke, Gerd Thieleke

6. Zustandsgleichungen Idealer Gase

Zusammenfassung
Prozesse mit Idealen Gasen lassen sich rechnerisch besonders gut verfolgen.
Die thermischen Zustandsgrößen Druck p, spezifisches Volumen v und Temperatur T sind in der Thermischen Zustandsgleichung [Gl. (2.16)] miteinander verknüpft. Werden zwei dieser drei Größen vorgegeben, so ist auch die dritte bestimmt.
Klaus Langeheinecke, André Kaufmann, Kay Langeheinecke, Gerd Thieleke

7. Zustandsänderungen Idealer Gase

Zusammenfassung
In den vorhergehenden Abschnitten sind die Grundlagen behandelt worden, mit denen die Veränderungen des Zustandes von Systemen bei thermodynamischen Prozessen berechnet werden können. Für die Zustandsänderungen Idealer Gase lassen sich Beziehungen ableiten, mit denen die übertragenen Wärmen und Arbeiten sowie die Änderungen von Enthalpie und Innerer Energie bestimmt werden, außerdem die Änderungen von Temperatur, Druck und spezifischem Volumen, und zwar allgemein für Ideale Gase gültig.
Klaus Langeheinecke, André Kaufmann, Kay Langeheinecke, Gerd Thieleke

8. Ideale Gas- und Gas-Dampf-Gemische

Zusammenfassung
Viele der in der Technik verwendeten Gase sind Mischungen von chemisch reinen Gasen. Diese Gasgemische zeigen bei niedrigen Drücken ebenfalls ein ideales Verhalten. Die für reine Gase ermittelten Gesetze gelten daher auch für Gasgemische. Man muss nur deren Zusammensetzung in geeigneter Weise berücksichtigen (Abschn. 8.1 bis 8.3). In der atmosphärischen Luft ist Wasserdampf enthalten, der flüssig als Regen oder Nebel, fest als Schnee oder Reif ausgeschieden werden kann. Kennzeichnend für ein solches Gemisch ist, dass die eine Komponente stets gasförmig bleibt und die andere Komponente sowohl gasförmig als auch – aber nicht immer – flüssig oder fest auftritt und daher als Dampf bezeichnet wird.
Klaus Langeheinecke, André Kaufmann, Kay Langeheinecke, Gerd Thieleke

9. Energieumwandlung, thermische Maschinen

Zusammenfassung
Für die Berechnung von Verfahren der Energieumwandlung, insbesondere von Prozessen thermischer Maschinen, sind in den vorherigen Abschnitten die Grundlagen erarbeitet worden. Am Beispiel der Dampfkraftmaschine ließ sich eine allgemeine Fassung des Ersten Hauptsatzes für Kreisprozesse ableiten (Abschn. 4.5), die dann auf Wärmekraftmaschinen und Kältemaschinen angewendet wurde (Abschn. 5.4). Für den thermischen Wirkungsgrad und die Leistungszahlen konnte aus dem Zweiten Hauptsatz die Aussage gewonnen werden, dass das naturgesetzliche Optimum nur von den Temperaturen bestimmt wird, zwischen denen ein Kreisprozess läuft.
Klaus Langeheinecke, André Kaufmann, Kay Langeheinecke, Gerd Thieleke

10. Wärmeübertragung

Zusammenfassung
Die Lehre von der Wärmeübertragung beschreibt die gegenseitigen Abhängigkeiten von Temperaturfeldern und Wärmeströmen. Dass Wärmeströme in – hier ausschließlich betrachteter – homogener Materie immer in Richtung abnehmender Temperaturen fließen, war bereits in einer Fassung des Zweiten Hauptsatzes ausgesprochen worden. Tatsächlich werden aber auch Faktoren wie die geometrische Anordnung, die Abmessungen, die Stoffeigenschaften, die Bewegung oder Strömung, die Zeit und anderes mehr Einfluss nehmen.
Klaus Langeheinecke, André Kaufmann, Kay Langeheinecke, Gerd Thieleke

11. Verbrennung

Zusammenfassung
Bei chemischen Reaktionen wandeln sich die Ausgangsstoffe, die Edukte, in neue chemische Verbindungen, die Produkte. Den Aufbau einer Verbindung beschreibt man mit den Symbolen der darin enthaltenen Atome. So besagt H2O, dass diese Verbindung aus zwei Atomen Wasserstoff H und einem Atom Sauerstoff O besteht. Das kleinste unabhängig existenzfähige Teilchen einer Verbindung wird als Molekül bezeichnet, und man nennt beispielsweise die H2O-Verbindung daher auch H2O-Molekül. Für chemische Reaktionen gilt der Erhaltungssatz:
Die Anzahl der Atome eines jeden Elements bleibt bei chemischen Reaktionen erhalten.
Klaus Langeheinecke, André Kaufmann, Kay Langeheinecke, Gerd Thieleke

Backmatter

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