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Haushalts & Verfahrenstechnik (Fach) / Theorie + häüfige Klausurfragen (Lektion)

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• Wärmetransportvorgang 5. Wärmestrahlung Wärmestrahlung ist Wärmeaustausch, ohne das sich Materie dazwischen befindet. Energietransport findet durch elektromagnetische Strahlung statt. Man hat einen emittierenden Körper und einen absorbierenden Körper Man misst die pro Zeiteinheit abgestrahlte Energie eines Körpers. Diese ist abhängig von der Temperatur und der Oberflächenstruktur des Körpers. Die Absorption hängt von der Beschaffenheit des absorbierenden Körpers ab.
• 11. Beschreiben Sie prinzipiell kurz die beiden Vorgänge: a. Mikrowellenerwärmung b. Induktionserwärmung Hinsichtlich der Wärmetransportvorgänge zum und im Lebensmittel. Hinsichtlich der Wärmetransportvorgänge handelt es sich hier um elektromagnetische Strahlung in beiden Fällen. a) Mikrowellenerwärmung: Im Mikrowellengerät wird zw. 2 Kondensatorplatten ein elektrisches Feld erzeugt. Die Wassermoleküle des LMs, bei denen es sich von Dipole handelt,richten sich in diesem elektrischem Feld aus. Das positive Molekülende wird dabei von der negativen Kondensatorplatte angezogen, das negative Molekülende von der positiven Kondensatorplatte. Durch Anlegen einer Wechselspannung wird die Richtung des elektrischen Feldern ständig mit einer Frequenz von 2450 MHz umgekehrt, sodass sich die Wassermoleküle ständig neu ausrichten müssen. Durch diese ständige Bewegung der Wassermoleküle entsteht Reibungswärme, durch die das LM erwärmt wird. b) Induktionserwärmung: Das Kochgut wird nur durch die Wärme des Topfbodens erhitzt Induktion von Strom in Kochtopfboden: Induktorspule erzeugt unterhalb des Glaskeramiks ein strakes Wärmefeld. Wechselstrom in der Induktorspule geeignetes Geschirr erfordelich!
• Carnotsche Kreisprozess: findet in der .........kraftmaschine, der ......pumpe und der .......maschine eine Anwendung. - Beim ...... Kreisprozess (.........kraftmaschine) wird bei höher Temperatur Wärme ......... und bei niedriger Temperatur ........ Sie ist kleiner als die Wärmeaufnahme (....) bei höher Temperatur. - Beim ......... Kreisprozess (W......, K........) erfolgt die Wärme...... (negativ) bei hoher Temperatur. Sie ist größer als die Wärmeaufnahmen (......) bei niedriger Temperatur. Der Carnot´sche Kreisprozess findet in der Wärmekraftmaschine, der Wärmepumpe und der Kältemaschine eine Anwendung.- Beim rechtslaufenden Kreisprozess (Wärmekraftmaschine) wird bei hoher Temperatur Wärme aufgenommen und bei niedriger Temperatur abgegeben. Sie ist kleiner als die Wärmeaufnahme (positiv) bei hoher Temperatur. - Beim linkslaufenden Kreisprozess (Wärmepumpe, Kältemaschine) erfolgt die Wärmeabgabe (negativ) bei hoher Temperatur. Sie ist größer als die Wärmeaufnahme (positiv) bei niedriger Temperatur.
• a) Beschreiben Sie den Carnot´schen Kreisprozess am Beispiel der Wärmepumpe. b) Beschreiben Sie drei typische Wärmequellen. c) Benennen Sie zwei Beispiele für die Anwendung der transportierten Wärme. a) Wärmepumpe: Die Wärmepumpe nimmt thermische Energie aus einem Speicher mit niedriger Temperatur auf und überträgt diese als Nutzwärme auf ein zu beheizendes System mit höherer Temperatur (Raumheizung). Der Kreislauf der Wärmepumpe schaut wie folgt aus: Verdampfer: Mittels eines Wärmetauschers nimmt das flüssige Kältemittel Energie aus der Wärmequelle Erde, Wasser oder Luft auf und verdampft mit zunehmender Temperatur. Kompressor: Mittels eines Kompressors wird unter Zufuhr elektrischer Energie das nun dampfförmige, aber kalte Kältemittel verdichtet und dadurch erhitzt. Das Kältemittel verlässt als Heißgas den Verdichter. Kondensator: Das Heißgas gelangt nun in den Verflüssiger, gibt Energie an das Heizsystem ab, kondensiert und verlässt als noch warmes, flüssiges Kältemittel den Kondensator. Das Heizwasser oder Warmwasser wird dadurch auf die gewünschte Temperatur erhitzt. Drossel: Das warme, flüssige Kältemittel wird zum Expansionsventil geleitet. Im Expansionsventil wird der Druck schlagartig gesenkt. Die Temperatur des Kältemittels nimmt dadurch ohne Abgabe von Energie ebenfalls schlagartig ab. Das flüssige Kältemittel wird dem Verdampfer zugeführt und der Kreislauf beginnt von neuem b) Umgebung, See, Luft, Erdreich c) Heizkörper, Heizungsanlage
• a) Beschreiben Sie den Carnot´schen Kreisprozess am Beispiel der Kältemaschine( Prinzip Kompressions-Kühlschrank) b) Beschreiben Sie drei typische Wärmequellen. c) Benennen Sie zwei Beispiele für die Anwendung der transportierten Wärme. a) Prinzip Kompressions-Kühlschrank: Kühlschrank produziert „Kälte“: Der Kühlschrank entzieht dem wärmeisolierten Kühlschrankinneren (Luft + Lebensmittel) Wärme und gibt diese an seiner Rückseite an die Umgebung ab. Kompressor: Das gasförmige Kältemittel wird zunächst durch einen Kompressor komprimiert (verdichtet). Hoher Druck und hohe Temperatur. Verflüssiger: Im folgenden Wärmeübertrager (Verflüssiger) kondensiert (verflüssigt) es unter Wärmeabgabe. Hoher Druck und geringe Temperatur (Flüssigkeit) Drossel: Anschließend wird das flüssige Kältemittel aufgrund der Druckänderung über eine Drossel, zum Beispiel ein Expansionsventil oder ein Kapillarrohr, entspannt. Geringer Druck und geringe Temperatur. Verdampfer: Im nachgeschalteten zweiten Wärmeübertrager (Verdampfer) verdampft das Kältemittel unter Wärmeaufnahme bei niedriger Temperatur (Siedekühlung).Niedriger Druck und niedrige Temperatur (Dampf). Der Kreislauf kann nun von vorne beginnen. b) Kühlraum, Gefrierschrank c) Umgebung
• Elemente des Stromkreises Kraftwerk, Generator Hausanschluss kWh-Zähler Sicherung Verbraucher
• Stromkreis im Haushalt Parallelschaltung aller Verbraucher!
• Bilanzen: 1. „Was geht rein?“ -Input- 2. „Was geht raus?“ -Output- 1. „Was geht rein?“ -Input-: (z.B.: Massestrom, Ausgangkonzentration oder Ausgangstemperatur eines Stoffes) Ausgangsstoffe: „Feed“ oder Edukt außerdem können Hilfsmittel (z.B. heißes Wasser, Dampf) und Energie (mechanisch, thermisch) hinzugegeben werden 2. „Was geht raus?“ -Output-  (z.B.: Massestrom, Endkonzentration oder Endtemperatur des Produktes) Endstoff heißt „Produkt“ Endzustand der Hilfsmittel
• Darstellung ein Input – Output - Modell Input Materialeinsatz Transporte Energiebedarf für Herstellung, Benutzung, Demontage, Transporte Output Wasserbedarf und –belastung feste Abfälle gasförmige Luftemissionen durch Herstellung, Recycling, Montage, Demontage, Transporte, Entsorgung Dabei gelten Erhaltungssätze!
• Erhaltungssätze • Massenerhaltungssatz: m1 = m2   oder    Σ mi = const • Energieerhaltungssatz: E1 = E2   oder    Σ Ei = const ⇒Input = Output

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