Thermodynamik

1. Allgemeine Grundlagen.- 1.1 Inhalt und Bedeutung der Thermodynamik.- 1.2 System und Zustand.- 1.21 Das thermodynamische System.- 1.22 Gleichgewichtszustände und Zustandsgrößen.- 1.23 Intensive, extensive, spezifische und molare Zustandsgrößen.- 1.24 Phasen.- 1.25 Adiabate und diatherme Wände.- 1.26 Temperatur und thermisches Gleichgewicht.- 1.27 Thermometer und empirische Temperaturskalen.- 1.28 Die Temperaturskala des idealen Gasthermometers. CelsiusSkala.- 1.29 Die thermische Zustandsgleichung.- 1.3 Der thermodynamische Prozeß.- 1.31 Prozeß und Zustandsänderung.- 1.32 Nichtstatische und quasistatische Zustandsänderungen.- 1.33 Natürliche Prozesse.- 1.34 Reversible und irreversible Prozesse.- 1.35 Der 2. Hauptsatz der Thermodynamik als Prinzip der Irreversibilität.- 1.36 Quasistatische Zustandsänderungen und irreversible Prozesse.- 1.4 Offene Systeme.- 1.41 Stationäre Prozesse.- 1.42 Strömungsformen. Kontinuitätsgleichung.- 1.43 Der Impulssatz.- 1.44 Die Bewegungsgleichung der eindimensionalen Strömung.- 2. Der 1. Hauptsatz der Thermodynamik.- 2.1 Energieformen.- 2.11 Arbeit.- 2.12 Volumenänderungsarbeit.- 2.13 Reibungsarbeit.- 2.14 Arbeit bei reversiblen und irreversiblen Prozessen.- 2.15 Arbeit bei adiabaten Systemen und innere Energie.- 2.16 Wärme.- 2.2 Der 1. Hauptsatz für geschlossene Systeme.- 2.21 Formulierungen des 1. Hauptsatzes.- 2.22 Innere Energie, Wärme und Arbeit.- 2.23 Einige historische Bemerkungen zum Begriff der Wärme.- 2.24 Die kalorische Zustandsgleichung.- 2.25 Die kalorische Zustandsgleichung idealer Gase.- 2.3 Der 1. Hauptsatz für offene Systeme.- 2.31 Technische Arbeit und Leistung.- 2.32 Die Berechnung der technischen Arbeit.- 2.33 Der 1. Hauptsatz für offene Systeme. Enthalpie.- 2.34 Die Enthalpie idealer Gase.- 2.35 Prozesse in offenen adiabaten Systemen. Drosselung.- 2.36 Mischungsprozesse.- 2.4 Der 1. Hauptsatz für Kreisprozesse.- 2.41 Kreisprozesse mit geschlossenen und offenen Systemen.- 2.42 Der 1. Hauptsatz für Kreisprozesse mit geschlossenen Systemen.- 2.43 Der 1. Hauptsatz für Kreisprozesse mit offenen Systemen.- 2.44 Die Wärmekraftmaschine.- 3. Der 2. Hauptsatz der Thermodynamik.- 3.1 Reversible und irreversible Prozesse.- 3.11 Verschiedene Formulierungen des Prinzips der Irreversibilität.- 3.12 Bedingungen für reversible Prozesse. Innere und äußere Reversibilität.- 3.13 Reversible und irreversible Prozesse adiabater Systeme.- 3.2 Entropie und thermodynamische Temperatur.- 3.21 Die quantitative Formulierung des 2. Hauptsatzes.- 3.22 Die Definition der Entropie.- 3.23 Eigenschaften der Entropie für adiabate Systeme.- 3.24 Die thermodynamische Temperatur.- 3.25 Entropie und 2. Hauptsatz.- 3.26 Die Anwendung der Entropie auf offene Systeme.- 3.3 Entropie und Wärme.- 3.31 Entropie und 1. Hauptsatz f iir Prozesse mit quasistatischen Zustandsänderungen.- 3.32 Entropieströmung und Entropieerzeugung.- 3.33 Das T, s-Diagramm.- 3.4 Energieumwandlungen.- 3.41 Die Bedeutung der beiden Hauptsätze für die Beurteilung von Energieumwandlungen.- 3.42 Die Umwandlung von Wärme in Arbeit durch einen Kreisprozeß.- 3.43 Der Carnot-Faktor.- 3.44 Die irreversible Wärmekraftmaschine.- 3.45 Die technische Arbeitsfähigkeit. Exergie.- 3.46 Die Bewertung thermodynamischer Prozesse mit Hilfe der technischen Arbeitsfähigkeit.- 3.47 Der Exergieverlust irreversibler Prozesse mit quasistatischer Zustandsänderung.- 3.48 Das Exergie-Flugbild.- 4. Thermodynamische Eigenschaften reiner Stoffe.- 4.1 Die thermischen Zustandsgrößen reiner Stoffe.- 4.11 Die p, v, T-Fläche.- 4.12 Das p, T-Diagramm.- 4.13 Die thermische Zustandsgleichung der Gasphase.- 4.14 Die thermische Zustandsgleichung für Flüssigkeiten.- 4.15 Die heterogenen Zustandsgebiete.- 4.2 Das Naßdampfgebiet.- 4.21 Nasser Dampf.- 4.22 Die Dampfdruckkurve.- 4.23 Dampfgehalt und spez. Volumen.- 4.24 Spez. Entropie und spez. Enthalpie.- 4.25 Die Gleichung von CLAUSIUS-CLAPEYRON.- 4.26 Dampftafeln.- 4.3 Zustandsdiagramme realer Gase.- 4.31 Das T, s-Diagramm.- 4.32 Das i, -Diagramm. Exergiediagramme.- 4.33 Das p, i-Diagramm.- 4.4 Die Berechnung der kalorischen Zustandsgrößen realer Gase.- 4.41 Die Enthalpie als Funktion von p und T.- 4.42 Die Druckabhängigkeit der spez. Wärmekapazität cp.- 4.43 Die Entropie als Funktion von p und T.- 4.5 Der Joule-Thomson-Effekt.- 4.51 Die Drosselung realer Gase.- 4.52 Differentieller Joule-Thomson-Koeffizient. Inversionskurve.- 4.53 Der integrale Joule-Thomson-Koeffizient.- 4.54 Isotherme Drosselung.- 4.6 Ideale Gase.- 4.61 Thermische und kalorische Zustandsleichun.- 4.62 Die allgemeine Gaskonstante.- 4.63 Normzustand und Normkubikmeter.- 4.64 Die Molwärmen idealer Gase.- 4.65 Mittlere spez. Wärmekapazitäten.- 4.66 Isentrope und polytrope Zustandsänderungen idealer Gase.- 4.7 Der feste Zustand.- 4.71 Schmelzen und Erstarren.- 4.72 Sublimieren.- 4.73 Die spez. Wärmekapazität fester Körper.- 5. Prozesse in offenen Systemen.- 5.1 Strömungsprozesse.- 5.11 Wärmezufuhr und Wärmeabfuhr.- 5.12 Vernachlässigung der kinetischen Energie.- 5.13 Der Exergieverlust bei der Wärmeübertragung.- 5.2 Adiabate Strömungsprozesse.- 5.21 Allgemeine Gleichungen.- 5.22 Beschleunigte Strömung. Strömungswirkungsgrade.- 5.23 Verzögerte Strömung.- 5.24 Adiabate Rohrströmung.- 5.25 Der gerade Verdichtungsstoß.- 5.3 Strömungsprozesse mit isentroper Zustandsänderung.- 5.31 Die Schallgeschwindigkeit.- 5.32 Querschnittsflächen bei reibungsfreier Düsen- und Diffusorströmung.- 5.33 Der Sonderfall des idealen Gases.- 5.34 Strömungszustand in einer nicht erweiterten Düse bei verändertem Gegendruck.- 5.35 Strömungszustand in einer erweiterten (Laval-)Düse bei verändertem Gegendruck.- 5.4 Adiabate Arbeitsprozesse.- 5.41 Vernachlässigung der kinetischen Energie.- 5.42 Adiabate Expansion. Turbine.- 5.43 Arbeitsverlust bei nichtisentroper Expansion. Turbinenwirkungsgrad.- Seite 5.44 Adiabate Kompression. Verdichter.- 5.45 Arbeitsverlust, Exergieverlust und Reibungsarbeit.- 5.5 Nichtadiabate Arbeitsprozesse.- 5.51 Isotherme Verdichtung und Expansion.- 5.52 Ersatz der isothermen Verdichtung durch mehrstufige adiabate Verdichtung.- 6. Kreisprozesse für Wärmekraftmasehinen.- 6.1 Vergleichsprozesse.- 6.11 Allgemeines über reversible Kreisprozesse für Wärmekraftmaschinen.- 6.12 Vergleichsprozesse für Verbrennungskraftmaschinen.- 6.13 Der thermische Wirkungsgrad eines Kreisprozesses. Thermodynamische Mitteltemperaturen.- 6.14 Das Arbeitsverhältnis.- 6.2 Der Carnot-Prozeß.- 6.21 Allgemeines.- 6.22 Der Carnot-Prozeß als Vergleichsprozeß einer Dampfkraftanlage.- 6.23 Der Carnot-Prozeß als Vergleichsprozeß einer Gasturbinenanlage.- 6.3 Der Isobaren-Isentropen-Prozeß.- 6.31 Der Clausius-Rankine-Prozeß im Naßdampfgebiet.- 6.32 Der Clausius-Rankine-Prozeß mit Überhitzung.- 6.33 Der Joule-Prozeß als Vergleichsprozeß der Gasturbinen-Anlage.- 6.34 Wirkungsgrad und Arbeitsverhältnis des Joule-Prozesses.- 6.35 Der Vergleichsprozeß des Gasturbinen-Strahltriebwerks.- 6.4 Der Einfluß der Irreversibilitäten auf den Isobaren-IsentropenProzeß.- 6.41 Innere und äußere Irreversibilitäten.- 6.42 Die Exergieverluste beim irreversiblen Clausius-Rankine-Prozeß.- 6.43 Die Exergieverluste beim irreversiblen Joule-Prozeß.- 6.44 Vergleich zwischen Clausius-Rankine- und Joule-Prozeß.- 6.5 Verbesserungen des Isobaren-Isentropen-Prozesses.- 6.51 Regenerative Speisewasservorwärmung.- 6.52 Zwischenüberhitzung.- 6.53 Regenerativer Wärmeaustausch.- 6.54 Mehrstufige Verdichtung und Entspannung.- 7. Thermodynamik der Kälteerzeugung.- 7.1 Die Umkehrung der Wärmekraftmaschine.- 7.11 Kältemaschine und Wärmepumpe.- 7.12 Leistungszahl und Reversibilitätsgrad einer Kältemaschine.- 7.2 Kreisprozesse für Kaltdampf-Kältemaschinen.- 7.21 Kältemittel für Kaltdampf-Kältemaschinen.- 7.22 Die Umkehrung des Carnot-Prozesses.- 7.23 Der „praktische“ Vergleichsprozeß der Kaltdampf-Kältemaschine.- 7.24 Die Exergieverluste der Kälteanlage.- 7.3 Kälteerzeugung bei tiefen Temperaturen.- 7.31 Der Isobaren-Isothermen-Prozeß als Idealprozeß.- 7.32 Gas-Kälteprozeß mit isentroper Entspannung.- 7.33 Gas-Kälteprozeß mit Drosselung. Das Linde-Verfahren zur Luftverflüssigung.- 7.34 Die Philips-Gaskältemaschine.- 8. Gas- und Gas—Dampf-Gemische.- 8.1 Allgemeine Definitionen.- 8.11 Masse- und Molanteile.- 8.12 Partialdrücke.- 8.2 Gemische idealer Gase.- 8.21 Das Gesetz von DALTON.- 8.22 Volumenanteile.- 8.23 Die kalorischen Zustandsgrößen.- 8.24 Die Entropie des Gasgemisches.- 8.25 Die Irreversibilität des Mischungsprozesses.- 8.3 Gas-Dampf-Gemische. Feuchte Luft.- 8.31 Allgemeines.- 8.32 Feuchte Luft.- 8.33 Der Wassergehalt feuchter Luft.- 8.34 Ungesättigt, feuchte Luft.- 8.35 Gesättigte feuchte Luft.- 8.36 Relative Feuchtigkeit.- 8.37 Das spez. Volumen feuchter Luft.- 8.38 Die spez. Enthalpie feuchter Luft.- 8.4 Das x-Diagramm für Gas-Dampf-Gemische.- 8.41 Das Gebiet der ungesättigten feuchten Luft.- 8.42 Das Nebelgebiet.- 8.43 Änderung -des Gesamtdruckes.- 8.44 i, x-Diagramme für andere Gas-Dampf-Gemische.- 8.5 Anwendungen des i, x-Diagrammes.- 8.51 Erwärmung und Abkühlung.- 8.52 Mischung zweier Luftmengenströme.- 8.53 Zusatz von Wasser und Wasserdampf.- 9. Verbrennungsprozesse.- 9.1 Allgemeines.- 9.2 Mengenberechnungen bei vollständiger Verbrennung.- 9.21 Die Verbrennungsgleichungen.- 9.22 Gemische chemisch einheitlicher Stoffe.- 9.23 Feste und flüssige Brennstoffe.- 9.24 Feuerungskontrolle durch Abgasanalyse.- 9.3 Heizwert und theoretische Verbrennungstemperatur.- 9.31 Der Heizwert der Brennstoffe.- 9.32 Oberer und unterer Heizwert.- 9.33 Heizwert von Gemischen und Verbindungen.- 9.34 Das I, t-Diagramm und die Temperaturabhängigkeit des Heizwertes.- 9.35 Die theoretische Verbrennungstemperatur.- 9.4 Die thermodynamische Bewertung der Verbrennungsprozesse.- 9.41 Die reversible chemische Reaktion.- 9.42 Absolute Entropien. NERNsTsches Wärmetheorem.- 9.43 Die Exergie der Brennstoffe.- 9.44 Der Exergieverlust bei der adiabaten Verbrennung.- 9.45 Die Bewertung der Energieumwandlungen in Wärme- und Verbrennungskraftanlagen.- 10. Anhang: Größen und Einheiten der Thermodynamik. Tabellen.- 10.1 Größen und Größengleichungen.- 10.11 Dimension, Größe und Einheit.- 10.12 Größengleichungen.- 10.13 Grundgrößenarten und Grundeinheiten.- 10.14 Masse, Gewicht und Gewichtskraft.- 10.15 Die Stoffmenge und ihre Maße.- 10.2 Einheitensysteme.- 10.21 Einheiten und Einheitensysteme.- 10.22 Das Internationale Einheitensystem.- 10.23 Das Technische Einheitensystem.- 10.24 Einheitentafeln.- 10.3 Tabellen.- 10.31 Allgemeine Angaben.- 10.32 Eigenschaften dealer Gase.- 10.33 Eigenschaften von Wasser und Wasserdampf.- 10.34 Stoffwerte für die Berechnung von Verbrennungsprozessen.