thermodynamik (Fach) / Fragen (Lektion)

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• Bedeutung Carnot Prozess für Technik im Carnot Prozess wird der größt mögliche Anteil der zugeführten Wärme in Nutzarbeit umgewandelt. Vergleichsprozess für reale Prozesse bzgl. thermischen Wirkungsgrads
• Merkmale rechts - und linksdrehenden Kreisprozess rechtsdrehend : Qab < Qzu  linksdrehend : Qab >  Qzu
• Energiebilanz von Kältemaschine und Wärmepumpe Kältemaschine  Qab = Q zu + wt leistungsziffer = Qzu / wt   Wärmemaschine   Q ab = Qzu + w leistungsziffer : Q ab / wt   
• kann die Leistungsziffer für eine kältemaschine oder Wärmepumpe kleiner 1 werden Kältemaschine : ja Wärmepumpe: nein
• Beispiele für spontane und erzwungene irreversible Prozesse spontan irreversibel : - Druckausgleich  - Temperaturausgleich - Konzentrationsausgleich   erzwungen irreversibel :  - Reibungsbehaftete Stömung - plastische Verformung - elektrische Vorgänge - Verbrennung          
• Was ist für irreversible Prozesse kennzeichnend ? - irreversible Prozesse verlaufen von selbst nur in eine Richtung - bei irreversiblen Prozessen wird Energie entwertet - irreversible Prozesse lassen sich nur dann wieder rückgängig machen , wenn von außen in das System eingegriffen wird. bleiben Veränderungen in Umgebung
• 3 Formulierungen des 2 .HS - Wärme kann nie von selbst von einem System niederer Temperatur auf ein System höherer Temperatur übergehen - Alle Prozesse bei denen Reibung auftritt sind irreversibel - alle natürlichen Prozesse sind irreversibel
• perpetuum mobile 1. art - 2.art 1.art : energieerhaltungssatz gebrochen, keine Maschine gibt mehr energie ab wie sie aufnimmt . 2.art : erfahrungssatz gebrochen : Wärme niemals von selbst von einem System niederer Temp auf ein System höherer temp
• isochor isobar isotherm isentrop polytrop isochor : V konst und W v = 0 , p1/T1 = p2/ T2 . Q 12 = U2-U1= m*cv*(T2-T1) isobar : p konst , V1/T1 = V2 / T2 , W * Q = U2-U1 isotherm : p1V1 = p2V2 , Q12 = - W12 isentrop : Q12 = 0 p1V1 / T1 = p2V2 / T2 polytrop : p1V1 / T1 = p2V2 / T2 , W v + Q 12 = U2 - U1
• Bedingungen für einen Kreisprozess mind. 3 einfache Zustandsänderungen mind. einmal Wärmezufuhr  einmal - abfuhr
• homogen - inhomogenes System homogenes S. liegt dann vor wenn in einem System ein best. Stoff nur in einem Aggregatzustand vorliegt (fest-flüssig-gasförmig)  inhomogen : mehrere Phasen
• Druck Temp. beim Verdampfen Verdampfen läuft meist bei konstantem Druck ab . durch die ständige Wärmezufuhr steigt Temp vor u. nach dem Verdampfen stetig an .. währendessen Temp. konstant. 
• Tripelpunkt Sublimieren Tripelpunkt : Alle 3 Aggregatzustände kommen gleichzeitig vor Der Tripelpunkt des Wassers liegt nach dem international akzeptierten Bestwert von Guildner, Johnson und Jones aus dem Jahre 1976 bei 611,657 ( ± 0,010) Pa (ca. 6 mbar) und 273,16 K (0,01 °C). Besonderheit Gibbssche Phasenregel [Bearbeiten] Der Tripelpunkt beschreibt auch gleichzeitig eine Besonderheit der Gibbsschen Phasenregel: f = N − P + 2 Der Freiheitsgrad f des Systems (eines Einkomponentensystems: N = 1 mit drei Phasen: P = 3) ist in Tripelpunkten nach der Phasenregel immer f = 0: Verändert man eine intensive Zustandsgröße, wird sofort das Gleichgewicht der Phasen verlassen. Dies ist auch der Grund dafür, dass es in einem einkomponentigen System keine 4 Phasengrenzlinien geben kann, die sich in einem Punkt treffen (hier wäre f = −1).   Sublimieren Direkter Übergang von fest in gasförmig unterhalb Druck des Tripelpunkts.    
• bei bestimmter Gasmenge im geschlossenen System (zylinder - kolben) wir a) bei konstantem Druck und b) bei konstantem Volumen Wärme zugeführt. Wie verhält sich die innere Energie ? a) innere Energie steigt um die Differenz zw. abgeführter Wärme und Volumenänderungsarbeit b) isochor -> Wärme steigert direkt die Innere Energie    
• Zustandsgleichung ideales Gas pv / T = konst = R  pV = mRT 
• oberer und unterer Heizwert Ho - Hu Den unteren Heizwert  h benutzt man zur Berechnung der bei Verbrennung freiwerdenden Wärmemenge Q    Den obere Heizwert H  benutzt man bei der Berechnung der zusätzlichen Wärme welche genutzt werden kann, wenn die Reaktionsprodukte nach Verbrennung wieder auf Ausgangstemperatur abgekühlt werden    
• Wärmekapazitäten c p und c v , und der spez.Gaskonstante R WK sind nur von der Temperatur abhängig R = cp (T) - c v (T) 
• therm. Wirkungsgrad bei Otto - und Dieselprozess : bei gleichem Verdichtungsverhältnis bei otto p hängt therm. Wirkungsgrad nur vom Verdichtungsverhältnis ab. bei diesel p ist abhängig vom vom Verdichtungsverhältnis und Einspritzverhältnis . otto bei gleichem Verdichtungsverhältnis besseren Wirkungsgrad als bei Diesel, jedoch nicht bei hohem Druck aufgrund des Klopfens nicht realisierbar.
• therm. Wirkungsgrad des Dieselprozesses im Teil - und Volllast bereich. n steigt bei steigendem Verdichtungsverhältnis und fallendem Einspitzverhältnis. Da aber bei Volllast das Einspitzverhältnis steigt, wird n geringer.
• Maßnahmen zur Steigerung des therm. Wirkungsgrads im Dampfprozess möglichst hoher Druck bei Wärmezufuhr. zweimalige Expansion mit Zwischenüberhitzung  abschließende Expansion weit in den Kondesationsbereich , damit auf niedrigen Druck und niedrige Temperatur.   
• a)ungesättigt b)gesättigt c) übersättigtes Dampfgasgemisch a) beide Komponenten befinden sich in der Gasphase . Der Partialdruck des Dampfes ist kleiner als der Sättigungsdruck des Dampfes . b) Der Partialdruck stimmt mit dessen Sättigungsdruck überein. Dampftemperatur = Siedetemperatur c) Übersättigt : beide komponenten liegen in Gas - und Kondensatphase vor , wobei Gasphase gesättigt ist. Der Partial - und Sättigungsdruck nehmen ab. Temperatur liegt unter dem Taupunkt      
• Taupunkt eines Gas - Dampfgemisches ungesättigtes Gas Dampfgemisch wird bei konstantem Druck solange abgekühlt , bis bei bestimmter Temperatur der Sättigungsdruck genauso groß ist wie der Partialdruck.  Gemisch ist gesättig und es bildet sich das erste kondensat. Dieser Zustand = Taupunkt
• Wassergehalt - absolute Feuchte - relative Feuchte Wassergehalt : Verhältnis des Masse des Wassers mw zur Massse der trockenen Luft  x = mw / mL  Absolute Feuchte : Verhältnis  der in der Luft enthaltenen Wasserdampfmasse zum Volumen V der feuchten Luft . Die absolute Feuchte entspricht damit der Dichte des Wasserdampfes in der feuchten Luft.  p = pd / (Rd T) Relative Feuchte : Verhältnis der Wasserdampfdichte zur Sättigungsdichte oder Partialdruck Sättigungsdruck
• für welchen fall ist die Enthalpie der feuchten Luft negativ , warum? wenn das Kondensat zu gefroren ist , da der Nullpunkt nach Vereinbarung bei 0,01°C festgelegt wurde.  (tripelpunkt unterschritten)  
• Druck ungesättigter LUft wird bei konst. Temp kontinuierlich erhöht >> Dampfgehalt rel. Feuchte Partialdruck des Wasserdampfs Wassergehalt nimmt zu  rel. Feuchte nimmt zu  Partialdruck nimmt zu
• Temp ungesättigter feuchter Luft wird bei konst. Druck kontinuierlich abgesenkt. Dampfgehalt rel. Feuchte Partialdruck des Wasserdampfs Dampfgehalt nimmt zu rel. Feuchte nimmt zu Partialdruck bleibt konstant  
• Druck ungesättigter feuchter Luft wird bei konst. Temp kontinuierlich abgesenkt>> Dampfgehalt rel. Feuchte Partialdruck des Wasserdampfs Wassergehalt nimmt ab rel. Feuchte nimmt ab Partialdruck nimmt ab
• Temp ungesättigter LUft wird bei konst. Druck kontinuierlich erhöht >> Dampfgehalt rel. Feuchte Partialdruck des Wasserdampfs Wassergehalt nimmt ab rel. Feuchte nimmt ab Partialdruck bleibt konstant  
• Welche Arten der Wärmeübertragung gibt es und wie wird die Kombi aus allen bezeichnet? Wärmestrahlung, Wärmekonvektion, Wärmeleitung = Wärmetransport
• Analogie zum ohmschen Gesetz -- > Wärmewiderstand Wärmewiderstand R wird an Anlehnung zum Ohmschen Gesetz als Verhältnis Temperaturgefälle zu Wärmestrom definiert  R= dt/Q   
• Freie und erzwungene Konvektion Konvektion = Wärmeübertragung durch Flüssigkeits- oder Gasteilchen selbst.  freie K :  Strömung bildet sich von selbst.  erzwungene K.: Bewegung der Teilchen wird verursacht durch z.b. Pumpe bei Kühlwasser im Auto.  
• Wovon ist Wärmestrom bei Wärmeleitung durch ebene Wand abhängig Q = λ A (t1-t2)   /  ð Temperaturgefälle Wandfläche A Wandstärke ð Proportionalitätskonstante λ     
• Auf Körper auftreffende Wärmestrahlung .. Teil der Strahlung tritt in Körper ein , Rest wird an Oberfläche reflektiert ( Reflexionskoeffizient = r) . Der in Körper eingedrungene Teil kann ihn unverändert durchlaufen ( Durchlasskoeffizient d) oder absorbiert werden (A.koeffizient a ) , dh. in andere Energieform(Wärme) umgewandelt werden. a+r+d=1
• Nullte Hauptsatz der Thermodynamik 2 Systeme im thermischen Gleichgewicht haben diesselbe Temp. Systeme, die nicht im thermischen Gleichgewicht stehen, haben unterschiedliche Temp. Steht ein körper mit 2 anderen A und B im Gleichgewicht so sind auch Körper A und B im Gleichgewicht.   
• thermodynamische Systeme : abgeschlossenes S : kein Stoff und Energieaustausch mit Umgebung geschlossenens S : Energieaustausch , aber kein Stoffaustausch offenenes S : Stoff - und Energieaustasch mit Umgebung
• Zustandsgrößen eines thermodynam. Systems a) thermische Zustandsgrößen :  V , Druck , Temperatur b) kalorische Zg :   innere Energie U , Enthalpie H und Entropie S   
• Prozessgrößen und welcher Zusammenhang zw. thermodyn. Prozess und einer Zustandsänderung? Prozessgrößen sind Wärme und Arbeit , die an Systemgrenze auftreten und somit den Zustand des Systems beeinflussen.  Bei jedem thermodyn. Prozess ändert sich der Zustand . Das Resultat des Prozesses ist die Zä
• Welche Arbeit kann in einem geschlossenen und welche in einem offenen thermod.System verrichtet werden? a) geschlossen:  einmalig die Arbeit W g zuführen  oder einmal bei revers.Expansion Volumenänderungsarbeit W v abgegeben werden adiabat : Wg12 = U2-U1   nicht adiabat : Wg 12 + Q 12 = U2 - U1    b) offenes System : Maschinen mit Stoffdurchfluss ( Verdichter, Turbinen) kann kontinuierlich Arbeit verrichtet werden, solang Stoffstrom nachgeliefert wird.  Arbeit am offenen S. wird als innere Arbeit W t bezeichnet . setzt sich zusammen aus einem revers. Anteil W t und dissipativer Arbeit  W diss (Verluste) so dass gilt ... W t 12 = W t 12 + W diss 12         
• Wie ist Wärme definiert Wärme ist Energie, die an der Grenze zw. Systemen verschiedener Temp auftritt und allein auf Grund des Temp unterschieds übertragen wird.
• am geschlossenen adiabatem System wird W v und W diss zugeführt >>> innere Energie erhöht sich.  abgegebene Arbeit aus System verringer innere E
• Erkenntnisse 1 HS Wärme ist eine Energieform Wärme und Arbeit sind Größen gleicher Art es gibt kein perpetuum mobile 1.art    
• 1 HS : Aussage für geschlossene , bzw offene Systeme : geschlossen ruhende System : Wärme und Arbeit wandeln sich in innere Energie um  Q12 +  W 12 = U 2  - U 1   offene Systeme : Wärme und Arbeit wandeln sich in Enthalpie , sowie in kinetische und potentielle Energie um  Q12 +  W 12 = H2  - H1 + m( c2 2 - c12)  / 2 +  mg (z2 - z1)  
• Unterschied zw. Wärme und Verbrennungskraftanlagen Wärmekraftanlage : geschlossens Gesamtsystem , welches aus offenen Einzelsystemen besteht. -> Dampfkraftanlage   Verbrennungskraftanlage : offenes Gesamtsystem, aus offenen Einzelsystemen -> Verbrennungsmotor.

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