Thermo Karteikarten

von Linus G.

Wie viele Hauptsätze gibt es in der Thermodynamik?

Erläutern Sie folgende Begriffe und nennen Sie jeweils 2 Beispiele: Prozessgröße, Intensive Zustandsgröße, Extensive Zustandsgröße

Prozessgröße: Eine Prozessgröße hängt vom Weg ab, z.B. die Arbeit W12 oder die Wärme Q12

Intensive Zustandsgröße: In. ZSG verändern ihren Wert nicht bei Teilung des Systems, z.B. Druck p oder Temperatur T

Extensive Zustandsgröße: Ext. ZSG ändern ihren Wert bei Teilung des Systems, weil sie zur Systemmasse proportional sind, z.B. Volumen V und innere Energie U

Definieren Sie den Begriff Offenes System und beschreiben Sie ein Beispiel

Bei einem offenen System können sowohl Massen als auch Energie z.B. in Form von Wärme über die Systemgrenzen treten. Ein Beispiel ist eine Gasflasche mit gerade geöffnetem Ventil, aus dem ein Massenstrom über die Systemgrenze tritt.

Definieren Sie den Begriff Geschlossenes System und beschreiben Sie ein Beispiel

Bei einem geschlossenen System können Energien z.B. in Form von Wärme und Arbeit über die Systemgrenzen treten. Die Systemgrenze ist allerdings für Masse undurchlässig. Betrachtet man ein Gas, welches sich in einem durch einen Kolben verschlossenen Zylinder befindet, so ist dies ein Beispiel für ein geschlossenes System. Diesem System wird durch eine angeschlossene Heizung für eine gewisse Zeit Wärme zugeführt. Durch die Erwärmung erhebt sich der Kolben, für das System bedeutet dies eine Arbeitszu- oder Abnahme.

Definieren Sie den Begriff Abgeschlossenes System und beschreiben Sie ein Beispiel

Unter einem abgeschlossenen System versteht man ein System, welches mit seiner Umgebung weder Masse (m), noch Wärme (Q) oder Arbeit (W) austauscht. AbgeschlossenSysteme kann es in der Realität nicht geben, da sie eine unendlich gute Isolation voraussetzen. Hierzu gehört auch eine perfekte Wärmeisolation des Systems. Das System dürfte also keinerlei Wärme mit der Umgebung austauschen, müsste also wärmedicht (adiabat) sein. Ein näherungsweise abgeschlossenes System stellt z.B. eine Thermoskanne (Dewargefäß) dar.

Wikidef. Dewargefäß: Ein Dewargefäß ist ein verspiegeltes, doppelwandiges, evakuiertes Gefäß aus Glas oder rostfreiem Stahl. Es wird in Thermos-/Isolierkannen ebenso eingesetzt wie in speziellen Laborbehältern.

Das Dewargefäß dient der guten thermischen Isolierung des darin aufbewahrten Stoffs gegenüber der Umgebung und stellt somit ein adiabatisch geschlossenes System dar. In ihm werden kalte oder heiße Stoffe, meistens Flüssigkeiten, aufbewahrt. Im Alltag findet man es häufig in handelsüblichen Isolierkannen, in denen beispielsweise Kaffee heiß aufbewahrt wird.

Benannt ist es nach dem schottischen Physiker Sir James Dewar, der Vakuumgefäße im Jahr 1874 das erste Mal benutzte[1][2] und 1893 verspiegelte Glasgefäße als Transportgefäße für verflüssigte Gase vorstellte.[3]

In seinem Lehrbuch „Physikalische Demonstrationen“ beschrieb auch Adolf Ferdinand Weinhold 1881 eine Vakuum-Mantelflasche zu Laborzwecken

Erklären Sie mit Hilfe dreier Systeme A, B und C den Nullten Hauptsatz der Thermodynamik

Zwei Systeme A und B, die sich im thermischen Gleichgewicht mit einem dritten System C befinden, sind auch miteinander im thermischen Gleichgewicht, haben also die gleiche Temperatur.

Geben Sie den 1. Hauptsatz für ein geschlossenes System in differentieller und in integraler Form an. Es tritt Volumenänderungsarbeit und eine Wärme auf

unten ein Minus, da dW=-∫(p)dV

Was ist die zentrale Zustandsgröße im Zweiten Hauptsatz der Thermodynamik? Wie kann sie sich in einem abgeschlossenen System ändern?

Die zentrale Zustandsgröße im Zweiten Hauptsatz ist die Entropie S. In einem abgeschlossenen System wird der Wert der Entropie gleichbleiben oder zunehmen.

Geben Sie den Dritten Hauptsatz der Thermodynamik wieder.

Befindet sich ein thermodynamisches System am absoluten Nullpunkt der Temperatur (T=0K) im thermodynamischen Gleichgewichtszustand, so besitzt die zu diesem Zustand gehörige Entropie einen festen Wert S0, der unabhängig von Volumen, Druck, Zustand, Material, usw. des Systems ist.

Nennen Sie die Besonderheiten der kanonischen Zustandsgleichung. Von welchen Größen hängt die kalorische Form der inneren Energie U ab?

Aus den kanonischen Zustandsgleichungen oder Fundamentalgleichungen kann sowohl die thermische, als auch die kalorische Zustandsgleichung abgeleitet werden.

Kanonisch: U(S,V)

Kalorisch: U(V,T)

Wie sind Freie Energie und Freie Enthalpie definiert?

Freie Energie: F = U-TS

Freie Enthalpie: G = H-TS

Wie lauten die thermische und die kalorische Zustandsgleichung in allgemeiner Form?

Thermische Zustandsgleichung: F(p,V,T)=0

Kalorische Zustandsgleichung: U = U(V,T)

Geben Sie die Formel der Gibbsschen Phasenregel an. Bennen Sie dabei die einzelnen Größen

F=K+2-P

F = Anzahl der Freiheitsgrade

K = Anzahl der Komponenten

P = Anzahl der Phasen

Nennen Sie die Annahmen, die bei der Betrachtung eines idealen Gases getroffen werden

Bei einem Idealen Gas werden Kohäsionskräfte und Eigenvolumen der Moleküle nicht berücksichtigt.

Wie wird eine Zustandsgleichung mit Potentialeigenschaften genannt? Erläutern sie diese Eigenschaften

Zustandsgleichungen mit Potentialeigenschaften werden als kanonische Zustandsgleichung oder Fundamentalgleichungen bezeichnet. Aus den kanonischen Zustandsgleichungen oder Fundamentalgleichungen kann sowohl die thermische, als auch die kalorische Zustandsgleichung abgeleitet werden.

Von welchen Zustandsgrößen hängt die innere Energie bzw. Enthalpie ab, wenn diese in der kanonischen Form gegeben sind?

Innere Energie: U = U(S,V)

Innere Enthalpie: H = H(S,p)

Was ist besonders an einer kanonischen Zustandsgleichung?

Aus den kanonischen Zustandsgleichung oder Fundamentalgleichung kann sowohl die thermische, als auch die kalorische Zustandsgleichung abgeleitet werden.

Von welchen Zustandsgrößen hängt die freie Enthalpie G ab, wenn sie in der kanonischen Form gegeben ist?

G = G(T,p)

Was entsteht bei einer irreversiblen Zustandsänderung auf Grund der Energiedissipation?

Welche Dimension hat die Volumenänderungsarbeit?

Welche Dimension besitzt der isobare Ausdehnungskoeffizient?

Nennen Sie die Thermische Zustandsgleichung im allgemeinen Fall und für ein ideales Gas

Thermische Zustandsgleichung: F(p,V,T) = 0

Für ein ideales Gas: pV = mRT

Geben Sie die Definitionen der Zustandsfunktionen der Enthalpie und der freien Energie an:

Enthalpie H = U + pV

Freie Energie F = U - TS

Kohäsionskräfte (Anziehungskräfte) zwischen den Molekülen

Wie lautet der erste Hauptsatz (U=U(S,V)) ausgedrückt mit den Zustandsgrößen p, S, V und T?

dU = TdS - pdV

Welche Größen bleiben bei der adiabaten Drosselung (stationärer Fließprozess) für ein reales Gas und ein ideales Gas konstant?

Wie unterscheiden sich Wasserstoff und Stickstoff bei einer adiabaten Drosselung bei 20C ?

Stickstoff wird sich abkühlen. Wasserstoff wird sich erwärmen

Wie nennt man eine Zustandsänderung eines idealen Gases, bei der sich der Druck umgekehrt proportional zum Volumen verhält?

Isotherme Zustandsänderung

Geben Sie die Definitionen der Zustandsfunktionen der Enthalpie an.

Entalpie H= U+pV

Von welchen Zustandsgrößen hängt die freie Energie F ab, wenn sie in der kanonischen Form angegeben ist?

F = F(T,V)

Was besagt Daltons Hypothese?

Ein Gemisch idealer Gase wirkt so auf die Wände, als ob die Komponenten unabhängig voneinander wären (Partialdruckprinzip).

Welche thermodynamische Zustandsgröße bleibt bei einer adiabaten Drosselung eines idealen Gases im stationären Fließprozess konstant, wenn kinetische und potenziale Energie vernachlässigt werden?

Temperatur T

Was ist ein System? Welche Arten von Systemen unterscheidet man?

Ein System ist in der Thermodynamik ein Gebilde, welches man betrachtet. Es ist durch eine Systemgrenze umschlossen. Außerhalb des Systems befindet sich die Umgebung. Man unterscheidet die drei Systemarten Offenes System (Austausch von Energie und Masse über die Systemgrenze), Geschlossenes System (Austausch von Energie über die Systemgrenze, aber kein Massenaustausch) und Abgeschlosse System (Weder Masse- noch Energieaustausch über die Systemgrenze).

Warum stellt das erste und das zweite Gleichgewichtspostulat die Grundlage der Temperaturmessung dar?

Bei der Temperaturmessung will man die Temperatur eines beliebigen Körpers messen. Diesen bringt man mit einem möglichst kleinen Körper (Thermoelement, Thermometer) ins Gleichgewicht. Dann haben beide Körper die gleiche Temperatur. Da man das Messgerät (Thermoelement, Thermometer) vorher mittels eines anderen Körpers (mit dem man es auch ins Gleichgewicht gebracht hat) geeicht hat, kann man so die Temperatur bestimmen.

Was versteht man unter einer quasistatischen Zustandsänderung?

Hierunter versteht man eine Zustandsänderung, die so langsam abläuft, dass zu jedem Zeitpunkt ein Gleichgewichtszustand herrscht.

Wodurch wird ein adiabates System gekennzeichnet?

Ein adiabates System ist wärmedicht, d.h. es wird keine Energie in Form von Wärme mit der Umgebung ausgetauscht. Es kann aber sowohl Masse als auch Arbeit über die Systemgrenze übertragen werden.

Welche physikalischen Effekte müssen bei einer Bilanzierung grundsätzlich berücksichtigt werden?

Bei einer Bilanzierung müssen die folgenden vier physikalischen Effekte berücksichtigt werden: konvektiver Transport, Feldeffekte, sowie Quellen und Senken

Feldeffekte= Kräfte durch elektrischen/magnetisches Feld

konvektiver Transport= Transport von teilchen durch die Strömung von Fluiden

Quellen/Senken selbsterklärend

Sind innere Energie und kinetische Energie Erhaltungsgrößen?

Innere Energie und kinetische Energie sind keine Erhaltungsgrößen. In einem abgeschlossenen thermodynamischen System kann durch Reibungsprozesse kinetische Energie (vollständig) in innere Energie dissipiert werden, was bedeutet, dass kinetische Energie verschwindet und innere Energie erzeugt wird. In gewissen Grenzen ist es aber auch möglich, z.B. durch einen Expansionsprozess innere Energie in kinetische Energie zu überführen.

Beschreiben Sie für ein ideales Gas folgende Zusammenhänge:

1. Änderung der spez. inneren Energie in Abhängigkeit der Temperaturänderung bei konstantem Volumen

2. Anderung der spez. Enthalpie in Äbhängigkeit der Temperaturänderung bei konstantem Druck

Wie unterscheiden sich bei einem Kolbenverdichter die über einen Arbeitszyklus summierten Volumenänderungsarbeiten von der insgesamt zugeführten technischen Arbeit?

Sofern Änderungen der kinetischen und potenziellen Energien zwischen Ein- und Austritt des Kolbenverdichters vernachlässigt werden können, sind bei einem reibungsfrei arbeitenden Kolbenverdichter die über einen Arbeitszyklus summierten Volumenänderungsarbeiten gleich der insgesamt zugeführten technischen Arbeit. Unterscheiden sich kinetische und potenzielle Energie im Ein- und Auslassstutzen des Verdichters und tritt zudem noch Reibung auf, so müssen diese Energieunterschiede durch eine entsprechend veränderte technische Antriebsarbeit berücksichtigt werden.

Kann die Entropie eines geschlossenen Systems abnehmen?

Gemäß des zweiten Hauptsatzes der Thermodynamik nach Gl. (3.24) geht eine Wärmeabgabe mit einer entsprecheden Entropieabnahme des betrachteten Systems einher. Folglich kann die Entropie eines geschlossenen thermodynamischen Systems durch eine Wärmeabgabe abgesenkt werden.

Ist es möglich, den absoluten Nullpunkt der Temperatur zu erreichen?

Theoretisch kann man sich dem absoluten Nullpunkt nur durch eine Abfolge von unendlich vielen Prozessschritten asymptotisch annähern. Praktisch kann man den absoluten Nullpunkt nicht erreichen.

Was versteht man unter dem chemischen Potenzial und in welcher Relation steht es zu der freien Enthalpie?

Das chemische Potential ist eine intensive Zustandsgröße, die eine Energieänderung infolge einer Mengenzu- oder abfuhr angibt. Sie besitzt also die physikalische Einheit (Änderung der) Energie bezogen auf die (Änderung der) Menge. Für einen Reinstoff ist das chemische Potenzial gleich der molaren freien Enthalpie.

Wieso ist die Funktion U(S,V,n) eine Fundamentalgleichung, die Funktion U(T,V,n) jedoch nicht?

Die Funktion U = U(S,V,n) ist eine Fundamentalgleichung, da man aus ihr durch Differentiation und algebraisches Umstellen alle anderen thermodynamischen Zustandsgrößen (jedoch nicht die Transportgrößen) berechnen kann. So lassen sich z.B. die kalorische Zustandsgleichung p=p(T,V,n) nur durch Ableiten nach der Entropie bzw. dem Volumen und anschließendes algebraisches Umstellen bestimmen. Die Funktion U=U(T,V,n) beinhaltet jedoch weniger Information und ist daher keiner Fundamentalgleichung. Man kann also aus ihr nicht die thermische Zustandsgleichung ableiten.

Für welche thermodynamischen Zustandsgrößen bedeutet die Gibbs-Duhem-Gleichung eine Restriktion?

Die Gibbs-Duhem-Gleichung belegt die intensiven Zustandsgrößen Temperatur, Druck und chemisches Potenzial mit einer Restriktion, so dass diese nicht mehr völlig unabhängig voneinander sind.

Wie lautet die Gibbsche Fundamentalgleichung?

Gibbsche Fundamentalgleichung:

dU = TdS - pdV

Wie viele Freiheitsgrade hat eine Mischung aus drei Stoffen, bei der zwei verschiedene Phasen auftreten?

Nach der Gibbsschen Phasenregel gilt: F = K + 2 -P. K kennzeichnet hierin die Anzahl der Komponenten und ist hier gleich 3. P ist die Anzahl der Phasen und gleich 2. Damit ergibt sich für die Anzahl der Freiheitsgrade: F = 3 + 2 – 2 = 3

Nennen Sie zwei Gründe, warum man mit der Gleichung für das ideale Gas kein reales Verhalten eines Stoffes (z.B. Verflüssigung) beschreiben kann

Zwei Gründe sind z.B.: – in der Gleichung für das ideale Gas wird keine Interaktion zwischen den einzelnen Molekülen berücksichtigt – das Eigenvolumen der Moleküle wird in der Gleichung für das ideale Gas vernachlässigt.

Was ist eine Zustandsgleichung? Welche unterschiedlichen Formen von Zustandsgleichungen gibt es?

Eine Zustandsgleichung gibt uns den Zusammenhang zwischen Zustandsgrößen für einen bestimmten Stoff an. Es gibt die folgenden Zustandsgleichungen: Kanonische Zustandsgleichung, kalorische Zustandsgleichung, thermische Zustandsgleichung. Aus einer kanonischen Zustandsgleichung lassen sich die thermische und die kalorische Zustandsgleichung ableiten.

Was beschreibt die Clausius-Clapeyronsche Gleichung?

Eine Carnot-Maschine wird reibungsbehaftet betrieben. Wie ändert sich der thermische Wirkungsgrad und warum?

Der thermische Wirkungsgrad wird geringer, da die obere Prozesstemperatur geringer bzw. die untere Prozesstemperatur dann höher ist.

Was ist leichter: trockene Luft oder feuchte Luft? Beide dürfen als ideales Gas behandelt werden

Feuchte Luft ist leichter, da die Molmasse von Wasser geringer ist als die von Luft.

Was beschreibt die Joule-Thomson Inversionslinie?

Die Joule-Thomson Inversionslinie ist die Kurve, für die sich die Temperatur des Mediums beim adiabaten Drosseln nicht ändert.

Was versteht man unter den Begriffen Exergie und Anergie?

Die Exergie ist der Anteil der Energie, der sich in einer gegebenen Umgebung durch eine reversible Prozessführung vollständig in nutzbare Arbeit umwandeln lässt. Anergie ist der Anteil der Energie, der sich unter keinen Umständen in nutzbare Arbeit umwandeln lässt. Die Energie eines Systems ist die Summer aus Exergie und Anergie.

Warum besteht unsere reale Umgebung nicht nur aus Anergie?

Der Zustand unserer realen Umgebung ist nicht konstant und unveränderlich. Es treten immer wieder Veränderungen (Differenzen bzw. Gradienten) auf, wie z.B. räumliche oder zeitliche Temperaturänderungen, Tagesgänge, Wind, Gezeiten, etc., Welche zur Arbeitsgewinnung genutzt werden können

Wie unterscheiden sich Wärmekraftmaschine, Wärmepumpe und Kältemaschine hinsichtlich des jeweils auftretenden Exergiestromes?

Die Wärmekraftmaschine gibt Exergie ab, indem sie mechanische Arbeit (pro Zeit) leistet. Dieser Exergiestrom wird ihr als Teil eines Wärmestromes zugeführt. Der Wärmepumpe und der Kältemaschine wird reine Exergie in Form von mechanischer oder elektrischer Antriebsenergie zugeführt. In Verbindung mit einer Wärmeübertragung wird diese Exergie im Fall der Wärmepumpe auf (im Vergleich zur Umgebungstemperatur) hohem Temperaturniveau zum Heizen oder im Fall der Kältemaschine auf tiefem Temperaturniveau zum Kühlen wieder abgegeben.

Einem Kühlschrank fließt durch Wandwärmeübertragung ein gewisser Energiestrom zu. Wird die Exergie des Kühlraums durch die so gewonnene Energie vergrößert oder verkleinert?

Dem Kühlraum eines Kühlschranks wird von der Umgebung infolge von Wärmeverlusten Wärme zugeführt, welche die Exergie, die dem Kühlraum durch die Kältemaschine zugeführt wird, in einem irreversiblen Prozess (unwiederbringlich) vernichtet. Die Exergie wird in Anergie überführt und damit verringert.

Was versteht man unter dem schädlichen Raum bei einem Kolbenverdichter?

Der schädliche Raum ist das Volumen im Zylinder einer Kolbenmaschine zwischen Zylinderdeckel und Kolben, wenn sich der Kolben in der oberen Totpunktlage befindet. In diesem Raum wird sich immer Gas befinden, so dass das verdichtete Gas in diesem Raum zunächst expandieren muss, bevor frisches Gas angesaugt werden kann.

Wie kann man bei Großverdichtern den geförderten Volumenstrom bei konstanter Drehzahl des Antriebsmotors regeln?

Durch Vergrößern oder Verringern des schädlichen Raumesüber Ventile können der Füllungsgrad (Gl. (7.4) und (7.5)) und damit die Fördermenge bei gleichen Betriebsparametern und konstanter Drehzahl geregelt werden.

Nennen Sie Beispiele für Arbeitsmaschinen und für Kraftmaschinen. Wie unterscheiden wir diese ?

Bei Arbeitsmaschinen wird Arbeit zugeführt und dadurch der thermodynamische Zustand des Arbeitsmediums geändert. Beispiele dafür sind Verdichter oder Pumpen. Bei Kraftmaschinen wird aus dem thermodynamischen Zustand des Arbeitsmediums Arbeit gewonnen. Beispiele dafür sind Turbinen oder Dampfmaschinen.

Unter welchen Annahmen können geschlossene und offene Prozesse in gleicher Weise als Kreisprozesse behandelt werden? Was kennzeichnet einen Vergleichsprozess?

Wenn das Arbeitsmedium nach dem Durchlaufen der einzelnen Teilprozesse wieder in den Ausgangszustand zurückerhalten wir einen Kreisprozess. Dies ist für geschlossene Systeme, die stationär arbeiten sollen, direkt gegeben. Wennbei offenen Systeme der Eintrittszustand des Arbeitsmediums dem Austrittszustand entspricht (z.B. Umgebung bei offenen Gasturbinenanlagen), können diese in gleicher Weise behandelt werden. Werden die einzelnen Teilprozesse durch reversible Zustandsänderungen idealisiert, sprechen wir von einem Vergleichsprozess. Man bezeichnet diese Prozesse deshalb auch als innerlich reversibel.

Wieso entsprechen die thermischen Wirkungsgrade des Stirling- und des Ericson-Prozesses dem Wirkungsgrad des Carnot-Prozesses?

Bei beiden Prozessen (Stirling und Ericson) erfolgt die Wärmezufuhr und die Wärmeabfuhr isotherm. Durch den inneren regenerativen Wärmeaustausch wird in der Summe in den anderen beiden Teilprozessen keine Wärme mit der Umgebung ausgetauscht, so dass diese reversiblen Teilprozesse summarisch reversibel adiabat sind. Dies entspricht dem Carnot-Prozess.

Welche Maßnahme reduziert bei Dampfkraftprozessen die Erosion der Turbinenbeschaufelung?

Durch Zwischenüberhitzung kann bei Dampfkraftprozessenbei gleicher Maximaltemperatur der Zustandspunkt nach der gesamten Entspannung in den Turbinen zu höheren Dampfgehalten im Nassdampfgebiet oder sogar aus dem Nassdampfgebiet heraus verschoben werden. Dadurch werden mögliche Wassertropfen in ihrer Größe reduziert bzw. Verhindert, was zu geringeren Erosionseffekten bei der Beaufschlagung der Turbinenschaufeln führt.

Welche fünf verschieden Arten von Kälteprozessen kennen Sie, die sich insbesondere durch die unterschiedlichen Formen der zugeführten Formen der zugeführten Antriebsenergie unterscheiden?

Es können die folgenden fünf verschiedenen Arten von Kälteprozessen unterschieden werden:

1. Kompressionsprozess, dem mechanische Arbeit zum Antrieb eines Verdichters zugeführt wird.

2. Sorptionsprozess, dem thermische Energie zugeführt wird.

3. Thermoelektrischer Prozess, bei dem ein aufgeprägter elektrischer Strom eine Temperaturdifferenz entstehen lässt.

4. ThermoakustischerProzess, bei dem durch einen Lautsprecher eine stehende Schallwelle erzeugt wird.

5. ThermomagnetischerProzess, bei dem ein magnetisierbarer Stoff einem schaltbaren Magnetfeld ausgesetzt wird.

Anhand welcher Kennzahl lassen sich Unter- und Überschallströmungen unterscheiden?

Warum wird bei einer Lavaldüse sowohl der konvergente Kanalteil als auch der divergente Kanalteil als Düse bezeichnet?

Als Düse bezeichnen wir eine Kanalform, in der eine Strömung beschleunigt wird. Bei einer Lavaldüse wird die Strömung zunächst im Unterschallbereich durch eine konvergente Kanalform beschleunigt und nach dem Schalldurchgang im engsten Querschnitt der Düse im Überschallbereich durch eine divergente Kanalform weiter beschleunigt.

Unter welcher Voraussetzung kann in einer Lavaldüse eine Überschallströmung erreicht werden? Wie groß ist dann die Geschwindigkeit an der engsten Stelle der Lavaldüse?

Wird eine Strömung in einer Lavaldüse zunächst im Unterschallbereich beschleunigt und erreicht im engsten Querschnitt eine Geschwindigkeit, die der dort vorliegenden Schallgeschwindigkeit entspricht, so kann die Strömung weitebeschleunigen und Überschallbedingungen erreichen. Dazu muss der Druck am Austritt der Lavaldüse gegenüber dem Kesseldruck klein genug sein, sodass ein möglicher Verdichtungsstoß nicht den engsten Querschnitt erreicht.

Warum werden beschlagene Fensterscheiben im Auto ganz schnell frei von ihrem Beschlag, wenn man die Klimaanlage einschaltet?

In einer Fahrzeugklimaanlage wird die Luft zuerst entfeuchtet, bevor sie im anschließenden Heizungswärmeübertrager wieder erwärmt wird. Im Vergleich zur reinen Frischluft-Lüftung wird die Frontscheibe im Klimabetrieb also mit wesentlich trockenerer Luft angeblasen, was normalerweise zu einem deutlich schnelleren Verschwinden des Scheibenbelags führt.

Was versteht man unter der Kühlgrenztemperatur?

Die Kühlgrenztemperatur ist die Gleichgewichts-Endtemp. einer endlichen Wassermenge, die sich durch Wechselwirkungeines Verdunstungsprozesses) mit einem über das Wasser hinwegströmenden ungesättigten feuchten Luftstrom einstellt.

In welchem Bereich liegen die typischen Kühlraumtemperaturen für Kaltluft und Kaltdampfprozesse?

Liegen die Temperaturen des zu kühlenden Raumes oberhalb von ca. -40°C, werden oft Kaltdampfprozesse eingesetzt, da diese im Vergl. zu Kaltluftprozessen in diesem Tempbereich. normalerweise bessere Leistungszahlen erreichen. Im Temperaturbereich zw. -40°C und -80°C sind die Leistungszahlen von Kaltdampf- und Kaltluftprozess etwa ähnlich. Bedingt durch eine innere Wärmeübertragung ist die Leistungszahl des Kaltluftprozesses relativ konstant und unabhängig von der Temperatur des zu kühlenden Raumes, während die des Kaltdampfproz. mit der Temperatur stark absinkt. Daher wird bei tieferen Kühlraumtemperatur üblicherweise der Kaltluftprozess verwendet.

Was bezeichnen die Ihnen bekannten drei Koeffizienten und wie lautet der Zusammenhang zwischen ihnen?

Stellen Sie das Totale Differential für die innere Energie U=U(S,T) auf

Wovon hängt die innere Energie U eines idealen Gases ab?

Geben Sie die Gleichung für die Entropieänderung eines geschlossenen Systems in differenzieller Form an

Wie ist der Dampfgehalt definiert? Welchen Wert nimmt der Dampfgehalt auf der Siedelinie an, welche auf der Taulinie?

Wie sind die Größen cp und cv definiert?

Wie ist der thermische Wirkungsgrad nth eines Kreisprozesses definiert? Was ergibt sich für einen Carnot-Prozess in Abhängigkeit von Tmin und Tmax

Geben Sie die Definition der Entropie an

Wie lautet der erste Hauptsatz für einen stationären Fließprozess mit zwei Massenströmen (eintretend und austretend), wenn kinetische und potentielle Energieänderungen nicht vernachlässigt werden können?

Wie lautet der Zusammenhang zwischen einer individuellen Gaskonstante R, eines idealen Gases und der universellen Gaskonstante?

Geben Sie die Gleichung für die Berechnung der Entropieänderung in einem reversiblen Prozess an

Die kalorische Zustandsgleichung lautet in: (1) allgemeiner Form (2) Sonderfall des van-der-Waals-Mediums (3) Spezialfall des idealen Gases (Cv nicht konstant)

Der erste Hauptsatz für ein geschlossenes System lautet in integraler Form:

Geben Sie die Definitionsgleichungen für die Volumenänderungsarbeit und die technische Arbeit

Wie lautet die thermische Zustandsgleichung nach van der Waal?

Wie lautet die kanonische Form der Zustandsgleichungen für U, H, G und F in differenzieller Schreibweise? Welche Eigenschaften haben alle diese Zustandsgleichungen?

Wie lautet die Gleichung für die Steigung der Dampfdruckkurve?

Was besagt das Gibbssche Paradoxon?

Welche thermodynamische Zustandsgröße bleibt bei einer adiabaten Drosselung im stationären Fließprozess konstant, wenn kinetische und potenzielle Energie vernachlässigt werden? Wie verhält sich hierbei die Temperatur im Falle eines idealen Gases?

h1 = h2

T = konstant

Die Entropieänderung für ein reales Gas bei einer isothermen Zustandsänderung ist definiert als

Wie verhält sich ein Gas bei einer adiabaten Drosselung für verschiedene δT?

Wie lautet die dimensionslöse Form der thermischen Zustandsgleichung für ein Van-der-Waals Gas (bezogen auf die kritischen Gr¨oßen)?

Hängt die innere Energie eines van-der-Waals Gases zusätzlich zur Temperatur auch vom Volumen ab?

Wie groß ist die Volumenänderungsarbeit für eine isobare Zustandsänderung (p=const), wenn sich das Volumen von V1 auf V2 vergr¨oßert?

In der FS ist es mit anderem VZ notiert

Erläutern Sie den Unterschied zwischen einer Fundamentalgleichung und einer Zustandsgleichung

Von welchen Variablen hängt die Fundamentalgleichung der inneren Energie ab und wie lautet das zugehörige totale Differenzial?

Leiten Sie aus Gl. (4.9) einen Zusammenhang p(T) f¨ur die Dampfdruckkurve her, indem Sie das spezifische Volumen der Flüssigkeit gegenüber dem des Dampfes vernachlässigen und die Verdampfungsenthalpie r=const setzen

Leiten Sie die Beziehung nach Gl. (4.11) her, indem Sie das totale Differenzial des Druckes als Funktion von T und V bilden. Werten Sie diesen Ausdruck dann für p=const aus

Sollte im ersten Term ein bei konstantem T sein

Leiten Sie für einen realen Stoff je eine Beziehung analog zu Gl. (4.51) für die spezifische freie Enthalpie und die spezifische freie Energie aus den Definitionen dieser Größen her

Betrachten Sie eine adiabate Drosselung in einem mit Gas durchströmten, horizontal liegenden Rohr. Das Gas strömt mit einer hohen Geschwindigkeit durch das Rohr. Wie lautet für diesen Fall der erste Hauptsatz für dieses offene System?

Wie sind der isenthalpe und der isotherme Drosselkoeffizient definiert? Was sagt der isenthalpe Drosselkoeffizient aus?

Berechnen Sie formelmäßig für eine isenthalpe, adiabate Zustandsänderung im Nassdampfgebiet die umgesetzte spezifische Volumenänderungsarbeit

0-ter Hauptsatz der Thermodynamik

Für jedes thermodynamische System existiert eine Zustandsgröße, die Temperatur T genannt wird. Ihre Gleichheit ist notwendige Voraussetzung für das thermische Gleichgewicht zweier Systeme oder zweier Teile des gleichen Systems. Sie wird durch eine Zahl charakterisiert, ist also eine skalare Größe.

Daraus folgt die allgemeine Aussage des zweiten Gleichgewichtpostulates:

Zwei Systeme, die sich im thermischen Gleichgewicht mit einem dritten System befinden, sind auch miteinander im thermischen Gleichgewicht, haben also die gleiche Temperatur.

Hauptsatz der Thermodynamik

Jedes thermodynamische System besitzt die extensive Zustandsgröße Energie t die für ein abgeschlossenes System konstant ist.

Was charakterisiert eine intensive Zustandsgröße?

2 Beispiele

vgl. thermo kompakt S.11: eine intensive Zustandsgröße ändert ihren Wert bei der Teilung NICHT.

Druck, Temperatur, chem Potential

(kannst du ignorieren Linus)

Was macht eine extensive Zustandsgröße aus?

3 Beispiele

vgl thermo kompakt S.11 Extensive Zustandsgrößen sind mit der Systemmasse proportional und ändern demnach ihren Wert mit einer Teilung/Vergrößerung des Systems.

Volumen, kinetische/potentielle Energie, innere Energie

des weiteren:

Enthalpie

Entropie

Freie Energie

Freie Enthalpie

Welche Einheit hat Rm?

Rm= universelle Gaskonstante [J/(molK)]

Welche Einheit hat s?

s=spezifische Entropie [J/(kgK)]

Welche Einheit hat h?

h=spezifische Enthalpie [(J/kg)]