Thermodynamische Grundlagen

- Thermodynamik (Wärmelehre) : Teilgebiet der klassischen Physik
- Beschreibt die physikalischen Eigenschaften eines Systems makroskopisch, d.h. die Bewegung einzelner Atome bzw. Moleküle wird vernachlässigt.

Betrachtung von makroskopischen (mittlere) Zustandsgrößen:

• Unterscheidung: intensive und         extensive Zustandsgrößen

»Druck                             Volumen

»Spez. Volumen            Entropie

»Temperatur                   innere Energie

• Intensive Zustandsgrößen sind unabhängig von Systemgrenzen/Bilanzraum

• Wärme ist keine Zustandsgröße, sondern Ergebnis einer Zustandsgröße eines Systems

• Zusammenhänge zwischen den Zustandsgrößen eines physikalischen Systems werden mit  Zustandsgleichungen(thermische und kalorische) erfasst.

Das Zustandsverhalten von Gasen wird beschrieben durch ein zweckmäßiges, thermodynamisches Modellgas

–> des “idealen Gases”

(charakterisiert durch: Eigenvolumen der Moleküle und zwischenmolekulare Kräfte werden vernachlässigt -> erfüllt bei sehr niedrigem Druck (p -> 0))

• Prozesse mit idealen Gasen sind mathematisch leicht zu beschreiben

Allgemeine Gasgleichung:

• Der thermische Zustand eines Gases wird durch die Zustandsgrößen:  Druck p, Temperatur T und spezifisches Volumen v in der allgemeinen Gasgleichung beschrieben:

p * v = R * T

• Konstante R :
  • spezielle (spezifische) Gaskonstante
  • Charakteristischer Wert eines Gases [Gasart-spezifisch -> Tabellen]
  • Einheit [J/kg K]
  • Umrechnung: J = Nm = kg m²/ s²= Ws

Weitere Einheiten:

– Druck p  [Pa] , [N/m²]

– Spezifisches Volumen v [m³/kg]

Zustandsänderungen:

• Zustandsänderungen mit konstanter Temperatur:

p1* v1= R * T = p2 * v2 (1, 2 -Zustandspunkte)

bzw.

p2/ p1= v1/ v2 mit T = const.

(p, v  verhalten sich umgekehrt proportional, Gesetz von Boyle + Mariotte)

• Zustandsänderung mit konstantem Druck:
  

  v2/ v1= T2/ T1 mit p = const.      (Gesetz von Gay-Lussac) 

• Zustandsänderung mit konstantem (spezifischen) Volumen:

p2/ p1= T2/ T1 mit v = const.

Alle Gase enthalten unter gleichen Bedingungen (p = const., T = const), in gleich großem Volumen, stets die gleiche Stoff(Teilchen)menge.

• Für das allgemeine Gasgesetz erhält man mit

Rm= M * T                          M -molareMasse [kg/kmol]

p * vm= Rm* T

Variablen:

• vm-molaresVolumen = 22,415 m³/kmol
• Rm-allgemeine (molare, universelle) Gaskonstante = 8134,5 J/kmol K (für alle idealen Gasegleicher Wert)

Eine ausführlichere Zusammenfassung der Idealen Gase findet sich hier.

ÜBER DEN AUTOR

Roman

Hey, willkommen auf meinem Blog! Ich bin 24 Jahre alt und studiere Fahrzeug und Flugzeugtechnik an der FH München. In meiner Freizeit betreibe ich diesen Blog und gehe gerne fotografieren. Um mehr über mich und diese Seite zu erfahren, oder Kontakt mit mir aufzunehmen, habe ich die "About-Seite" eingerichtet. Viele Grüße