Details

Technische Thermodynamik


Technische Thermodynamik

Kompaktkurs für das Bachelorstudium
1. Aufl.

von: Wolfgang Heidemann

34,99 €

Verlag: Wiley-VCH
Format: PDF
Veröffentl.: 07.12.2015
ISBN/EAN: 9783527692835
Sprache: deutsch
Anzahl Seiten: 494

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Beschreibungen

Das Lehrbuch umfasst den klassischen Stoff der technischen Thermodynamik in kompakter Form. In den ersten Kapiteln werden die thermodynamischen Grundbegriffe System, Zustandsgröße, Prozessgröße, thermisches Gleichgewicht und Temperatur eingeführt. Der anschließend diskutierte erste Hauptsatz als thermodynamisches Äquivalent der Energieerhaltung erlaubt in seinen unterschiedlichen Formulierungen die saubere Definition von Arbeit, Wärme, innerer Energie und Enthalpie. Das Modellsystem des idealen Gases ermöglicht die Ableitung von thermischen und kalorischen Zustandsgleichungen und führt hin zum zweiten Hauptsatz der Thermodynamik, der das Prinzip der Irreversibilität thermodynamischer Prozesse zum Ausdruck bringt und den Begriff der Entropie motiviert. Die folgenden Kapitel befassen sich mit thermodynamischen Kreisprozessen mit und ohne Phasenänderungen unter Verwendung idealer und realer Gase. Das Buch schließt mit einer Einführung in Gasgemische und die Thermodynamik chemischer Reaktionen, die typischerweise in großtechnischen Prozessen auftreten.<br> <br> Das Buch ist vorlesungsbegleitend und zum Selbststudium geeignet: In jedem Kapitel folgt auf die Darstellung der Grundlagen eine auch zum Nachschlagen nutzbare, ausführliche Zusammenfassung der wichtigsten Sachverhalte und eine Aufgabensammlung. Diese enthält Verständnisfragen im Multiple-Choice-Stil sowie nach Schwierigkeitsgrad gestaffelte Rechenaufgaben. Für das erfolgreiche Selbststudium sind alle Aufgaben mit zweistufigen Lösungshinweisen versehen: im ersten Schritt unterstützen vertiefende Fragen bei der Erarbeitung des Lösungswegs, im zweiten Schritt werden konkrete Hilfestellungen in Form von zu verwendenden Formeln oder Sachverhalten angegeben.<br>
<p>Vorwort xi</p> <p>Nomenklatur xiii</p> <p><b>1 Einleitung 1</b></p> <p>1.1 Technische Thermodynamik 1</p> <p>1.2 Zur Handhabung des Arbeitsbuches 2</p> <p><b>2 Grundlagen 5</b></p> <p>2.1 Das thermodynamische System 5</p> <p>2.2 Thermodynamische Größen 8</p> <p>2.2.1 Zustandsgrößen 9</p> <p>2.2.2 Zustandsänderungen 11</p> <p>2.2.3 Energie 15</p> <p>2.2.4 Prozessgrößen 15</p> <p>2.3 Temperatur 17</p> <p>2.3.1 Thermisches Gleichgewicht 18</p> <p>2.3.2 Nullter Hauptsatz der Thermodynamik und Temperaturmessung 18</p> <p>Zusammenfassung 20</p> <p>Aufgaben und Lösungen 23</p> <p><b>3 Der erste Hauptsatz der Thermodynamik 33</b></p> <p>3.1 Allgemeine Formulierung 34</p> <p>3.1.1 Geschlossenes System 35</p> <p>3.1.2 Offenes System 35</p> <p>3.2 Arbeitsformen 36</p> <p>3.2.1 Mechanische Arbeit 36</p> <p>3.2.2 Volumenarbeit 37</p> <p>3.2.3 Dissipationsarbeit (Reibungsarbeit) 37</p> <p>3.2.4 Nutzarbeit 38</p> <p>3.2.5 Verschiebearbeit 39</p> <p>3.2.6 Die technische Arbeit 40</p> <p>3.2.7 Andere Arbeitsformen 42</p> <p>3.3 Wärme 43</p> <p>3.4 Innere Energie 43</p> <p>3.5 Enthalpie 44</p> <p>3.6 Mechanische Energie 46</p> <p>3.7 Spezielle Formulierungen 46</p> <p>3.7.1 Geschlossenes System 47</p> <p>3.7.2 Das stationäre offene System 48</p> <p>3.7.3 Beispiele 48</p> <p>Zusammenfassung 51</p> <p>Aufgaben und Lösungen 57</p> <p><b>4 Der zweite Hauptsatz der Thermodynamik 87</b></p> <p>4.1 Die Richtung von Prozessen 87</p> <p>4.2 Entropie und deren Bilanzierung 89</p> <p>4.2.1 Geschlossene Systeme und Kreisprozesse 89</p> <p>4.2.2 Entropiebilanz am offenen System 90</p> <p>4.2.3 Schlussfolgerungen 92</p> <p>4.3 Die Gibbssche Fundamentalgleichung 96</p> <p>4.3.1 Entropieberechnung 97</p> <p>4.3.2 Beziehungen zwischen Zustandsgrößen 98</p> <p>4.4 Beispiele, Tipps und Tricks 100</p> <p>Zusammenfassung 105</p> <p>Aufgaben und Lösungen 109</p> <p><b>5 Stoffthermodynamik – Eigenschaften derMaterie 125</b></p> <p>5.1 Das <i>p</i>, <i>v</i>, <i>T</i>-Verhalten reiner realer Stoffe 125</p> <p>5.2 Die Bestimmung thermischer und kalorischer Zustandsgrößen 130</p> <p>5.2.1 Festkörper, Flüssigkeit, Schmelzen/Erstarren, Sublimieren/Desublimieren 131</p> <p>5.2.2 Nassdampfgebiet, Verdampfen/Verflüssigen 133</p> <p>5.2.3 Gase und Dämpfe 134</p> <p>Zusammenfassung 148</p> <p>Aufgaben und Lösungen 152</p> <p><b>6 Einfache Zustandsänderungen 177</b></p> <p>6.1 Ideales Gas 177</p> <p>6.1.1 Isochore Zustandsänderung 178</p> <p>6.1.2 Isobare Zustandsänderung 179</p> <p>6.1.3 Isotherme Zustandsänderung 180</p> <p>6.1.4 Adiabate Zustandsänderung 182</p> <p>6.1.5 Polytrope Zustandsänderung 183</p> <p>6.1.6 Irreversibel adiabate Explosion 185</p> <p>6.2 Nassdampf 186</p> <p>6.2.1 Isobare, isotherme Zustandsänderung 186</p> <p>6.2.2 Isochore Zustandsänderung 187</p> <p>6.2.3 Adiabate Zustandsänderung 188</p> <p>6.2.4 Isenthalpe Zustandsänderung 188</p> <p>6.3 Kreisprozesse, Carnot-Prozess 189</p> <p>6.3.1 Der rechtsgängige Kreisprozess 190</p> <p>6.3.2 Der linksgängige Kreisprozess 193</p> <p>6.3.3 Der Carnot-Prozess 195</p> <p>Zusammenfassung 198</p> <p>Aufgaben und Lösungen 203</p> <p><b>7 Exergie 243</b></p> <p>7.1 Exergie einerWärme 244</p> <p>7.2 Exergie der Arbeit 246</p> <p>7.3 Exergie eines geschlossenen Systems 248</p> <p>7.4 Exergie eines offenen Systems 250</p> <p>7.5 Exergieverlust 251</p> <p>7.6 Der exergetischeWirkungsgrad 253</p> <p>7.7 Beispiele, Tipps und Tricks 255</p> <p>Zusammenfassung 259</p> <p>Aufgaben und Lösungen 262</p> <p><b>8 Thermodynamische Prozesse 277</b></p> <p>8.1 Wärme-Kraft-Prozesse 278</p> <p>8.1.1 Vergleichsprozesse für Verbrennungsmotoren 278</p> <p>8.1.2 Stirling-Prozess 287</p> <p>8.1.3 Ericson-Prozess 288</p> <p>8.1.4 Joule-Prozess 290</p> <p>8.1.5 Dampfkraftprozesse 293</p> <p>8.2 Linksgängige Prozesse 299</p> <p>8.2.1 Kaltgasprozess 300</p> <p>8.2.2 Kaltdampfprozess 302</p> <p>8.2.3 Das Linde-Verfahren zur Luftverflüssigung 304</p> <p>8.2.4 Verdichter 305</p> <p>Zusammenfassung 307</p> <p>Aufgaben und Lösungen 314</p> <p><b>9 GasgemischeundfeuchteLuft 361</b></p> <p>9.1 Gemisch idealer Gase 361</p> <p>9.1.1 Konzentrationen 361</p> <p>9.1.2 Eigenschaften idealer Gasmischungen 362</p> <p>9.2 Feuchte Luft 365</p> <p>9.2.1 Konzentrationsmaße 367</p> <p>9.2.2 Thermische und kalorische Zustandsgrößen 369</p> <p>9.2.3 Das Mollier <i>h</i><sub>G/L</sub>, <i>x</i>-Diagramm 371</p> <p>9.2.4 Zustandsänderungen feuchter Luft 372</p> <p>Zusammenfassung 380</p> <p>Aufgaben und Lösungen 385</p> <p><b>10 Chemische Reaktionen 425</b></p> <p>10.1 Reaktionsenthalpie 425</p> <p>10.1.1 Standardreaktionsenthalpie 427</p> <p>10.1.2 Reaktionsenthalpie bei beliebiger Temperatur 428</p> <p>10.2 Verbrennungsprozesse 429</p> <p>10.2.1 Verbrennung mit Luft 431</p> <p>10.2.2 Verbrennungsreaktionen der Praxis 432</p> <p>Zusammenfassung 436</p> <p>Aufgaben und Lösungen 438</p> <p><b>Anhang A Tabellen und Stoffwerte 451</b></p> <p><b>Anhang B Herleitungen 465</b></p> <p>B.1 Das vollständige oder totale Differenzial 465</p> <p>B.2 Betrachtung der Differenzialausdrücke (<i>𝜕u</i>∕<i>𝜕v</i>)<i>T</i> und (<i>𝜕h</i>∕<i>𝜕p</i>)<i>v</i> 465</p> <p>B.3 Kinetische Gastheorie 467</p> <p><b>Anhang C Diagramme 469</b></p> <p>Weiterführende Literatur 471</p> <p>Sachverzeichnis 473</p>

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