Thermische Verfahrenstechnik (Fach) / 4. VL Thermische Grundprozesse (Lektion)

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• zwei Gruppen thermische Grundprozesse mit und ohne Phasenänderung
• Phasenumwandlung Übergang eine Phase in andere sprunghafte Änderung physikalische Eigenschaften
• Zusammenhang Dampfdruck und Temperatur Zunahme => Dampfdruckkurve
• Dichteanomalie Wasser normalerweise Dichtezunahme mit Temperatur bei hohem Druck und niedriger Temp Wasser: wird flüssig
• 3 Kurven Phasendiagramm und Bedeutung Sättigungskurve: flüssig gas Schmelzdruck: flüssig fest Sublimation: fest gas
• Tripelpunkt hier können alle drei Phasen koexisiteeren gleiche Häufigkeit des Ausbrechens aus einer Phase dynamisches GW
• Regel für Ausdehnung fester und flüssiger Stoffe lineare Ausdehnung zur Temperaturerhöhung Δl = beta * l *ΔT beta ist Längenausdehnungskoeffizient
• kubische Ausdehnung Formel ΔV = beta * V0 *ΔT
• Ausdehnung von Gasen -Regel -Formel -Ausdehnung bei Erhöhung um 1 K -beta -unabhängig von Art gleiche Ausdehnung - p * V = m * R *T -um das 1/273 fache seines Volumens  beta 1/273
• 4 Komponenten der Energieübertragung am geschlossenen System -Volumenänderungsarbeit Wv -Innere Energie U -Wärme Q -Dissipationsenergie
• Volumenänderungsarbeit Def und Formeln reversible Verdichtung eines Gases dW = - F ds = p dV
• Innere Energie Def, Zusammenhang zur Volumenänderungsarbeit, vorläufige Formel gesamte in einem System gespeicherte Energie die einem System zugeführte Volumenänderungsarbeit wird als innere Energie gespeichert dU = -pdV
• innere Energie statische Interpretation, Nullpunkt -höhere kinetische Energie der Moleküle -Nullpunkt wird sinnvoll vereinbart
• Wärme Def Zusammenhang zur inneren Energie, Formel aufgrund von Temperaturdifferenzen dem System zu- und abfließende Energie  gesamte Arbeit (Wärme + Volumenänderungsarbeit) in thermodynamischen System gespeichert dU = dQ - pdV
• Dissipationsenergie Def, Zusammenhang innere Energie durch äußere und innere Reibungsverluste zusätzlich im System auftretende Energie nicht-reversibel erhöht immer innere Energie dU = dQ - pdV + dWdiss
• Gesamte Formel innere Energie dU = dQ - pdV + dWdiss
• Entropie 2 Erfahrungstatsachen -viele Prozesse spontan nur in eine Richtung, nie umgekehrt -Energie kann in unnütze Formen umgewandelt werden, geht verloren
• 2. Hauptsatz Thermodynamik was, Bedeutung, ein Bsp für Formulierung -Grunddpostulat, in Thermodynamik nicht ableitbar -technisch wichtig zum Verständnis von Grenzen von Energieumwandlungen -Bsp. Formulierung: Wärme geht nie von selbst von einem System niedriger Temperatur zu einem Ort höherer Temperatur
• Entropie Def reversibel und irreversibel Formel reversibel: Wärmeänderung pro Temperatur dQ =dQ / T nicht-reversibel: Berücksichtigung Dissipationswärme dS = (dQ + dWdiss) / T
• Entropie beim idealen Gas 2 Gleichungen und Entropie kalorisch dU = m*c*dT thermisch p = m*R*T/V => dS = m*c*dT/T + m*R*dV / V
• Formel Entropietransport und Entropieerzeugung dS = dQ/T dS = dWdiss / T ist größer 0
• zwei Körper Wärmeaustausch Entropieänderung Gesamtsystem dS = dS1 + dS2 = dQ (1/T2 - 1/T1) >0
• Entropie im abgeschlossenen System Gleichgewichtsbedingung dS = 0
• TS-Diagramm Grundlegende Gleichung dS = (dU + p*dV) / T      = (dH - V*dp) / T
• 5 Spezialfälle im TS-Diagramm und Aussehen in TS T ist y; S ist x -isochor: V ist konstant => Anstieg -isotherm: T ist konstant => horizontal -isobar: p ist konstant => Anstieg -isentrop: S ist konstant => vertikal -Polytrop: pV ^n ist konstant
• zwei neue Größen im geschlossenen System und Formel -freie Energie F = U - TS -freie Entalpie G = H - TS
• Freie Energie Wirkung spontane Prozesse verringerer freie Energie 
• freie Enthalpie Bedeutung negativ => Reaktion exergon positiv => endergon
• Interpretation freie Energie / Entalphie reversibel geleistete Arbeit
• Worauf beziehen sich 4 Energiefunktionen und 4 charakteristische Funktionen? 1) dU, dH, dF, dG 2) T, p, S, V
• 4 Schritte des carnotschen Kreisprozesses 1. isotherme Expansion: die Temperatur bleibt gleich, Volumen  größer, Entropie steigt; Wärmeaufnahme führt zur Expansion 2. adiabatischen Expansion: verringert sich die Temperatur, Volumen steigt, Entropie gleich 3. isotherme Kompression: Temperatur bleibt gleich, Volumen sinkt, Entropie sinkt, Wärmeabgabe führt zu Kompression 4. adiabatische Kompression: Temperatur wird erhöht, Volumen sinkt, Entropie gleich
• Wie sieht der Carnotsche Kreisprozess im TS-Diagramm aus? 2 Isothermen, 2 Isentropen Zugeführte Wärme 12ba Abgeführte Wärme 43ba (nicht genutzt?) Nutzarbeit 1234
• Wie ist der Wirkungsgrad des Carnotschen Kreisprozesses? teta = - W / Q = Fläche 1234 / Fläche 12ba
• Wie sieht der Carnot Prozess im pV-Diagramm aus? von 1 bis 3 (2 Schritte) nimmt der Druck ab und das Volumen zu von 3-1 (2 Schritte) nimmt Volumen ab und Druck zu
• 3 Anwendungseinheiten Carnotscher Kreisprozess -Wärmekraftmaschinen:Heizung kälteres -Wärmepumpe: Heizung schon wärmeres -Kältemaschine: Kühlung
• rechtslaufender Kreisprozess -Anwendung -Temperaturen Auf/Abnahme -Q und W -Arbeit? -Wärmekraftmaschine -Wärmeaufnahme bei hoher Temperatur, Abgabe bei niedriger Temperatur -Wärmeaufnahme bei hoher Temperatur, Abgabe bei niedriger Temperatur -Q positiv, W negativ -Arbeit ist abzuführen
• linkslaufender Kreisprozess -Anwendung -Temperaturverhältnisse -Q und W -Arbeit -Wärmepumpe, Kältemaschine -Aufnahme bei niedriger Temp und Abgabe bei hoher Temperatur -größere Abgabe Q negativ W positiv => Arbeit zuzuführen
• Wärmepumpe Ziel: Beheizung eines Stoffes Nutzen: bei höherer Temperatur Wärmemenge -Aufnahme aus Umgebung -Arbeit Aufwenden
• Kältemaschine Ziel, Wärmebezug, Nutzen Arbeit Zweck: Kühlung Zufuhr bei niedriger Temperatur: Nutzen Aufzuwenden Arbeit
• reversible Wärmemaschinen 2 Typen, was machen sie, W Typen: Wärmepumpe und Kältemaschine -Verbrauchen Arbeit, um kaltem Medium Wärme zu entziehen und es an das heiße Medium abzugeben -Wirkungsgrade bei reversibel am höchsten

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