Einführung in die technische Thermodynamik und in die Grundlagen der chemischen Thermodynamik: mit 69 Tabellen
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|---|---|
| Format: | Buch |
| Sprache: | German |
| Veröffentlicht: |
Berlin [u.a.]
Springer
1960
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| Ausgabe: | 8., verb. Aufl. |
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| adam_text | Einführung in die
i
Technische Thermodynamik
und in die Grundlagen der chemischen Thermodynamik
Von
Ernst Schmidt
Dr -Ing habü Dr rer nat h c
o Professor an der Technischen Hochschule München
Achte verbesserte Auflage
Mit 244 Abbildungen und 69 Tabellen
sowie 3 Dampilafeln als Anlage
Spring er-Verlag
Berl in/Gött ingen/Heidelberg
Inhaltsverzeichnis
Seite
Vorworte III
Inhaltsverzeichnis IX
Verzeichnis der Tabellen XV
Liste der Formelzeichen XVII
I Temperatur und Wärmemenge
1 Einführung des Temperaturbegriffes, thermisches Gleichgewicht, die
Temperaturskala des vollkommenen Gases ,1
2 Die internationale Temperaturskala 4
3 Praktische Temperaturmessung 8
a) Flüssigkeitsthermometer 8
b) Widerstandsthermometer 9
c) Thermoelemente 10
d) Strahlungsthermometer 12
4 Maßsysteme und Einheiten Größengleichungen 12
5 Wärmemenge und spezifische Wärme 19
Aufgabel
II Erster Hauptsatz der Wärmelehre
6 Das mechanische Wärmeäquivalent Energieeinheiten 21
Aufgabe 2—3
7 Das Prinzip der Erhaltung der Energie und die mechanische Deutung
der Wärmeerscheinungen 24
III Der thcrniodynamisclio Zustand eines Körpers
8 Die thermische Zustandsgleichung Zustandsgrößen 28
9 Äußere Arbeit, innere Energie und Enthalpie 31
10 Die kalorischen Zustandsgleichimgen 35
IV Das vollkommene Gas
11 Die Gesetze von BOYLE-MAKIOTTU und GAY-LTTSSAC und die thermische
Zustandsgleichung der vollkommenen Gase 37
12 Die Gaskonstante und das Gesetz von AVOGADRO Normtemperatur,
Normdruck, Normzustand 39
13 Die Zustandsgleichung von Gasgemischen 42
14 Die Abweichungen der wirklichen Gase von der Zustandsgleichung des
vollkommenen Gases 43
15 Die spezifischen Wärmen und die kalorischen Zustandsgieichungen der
vollkommenen Gase ; 44
16 Die spezifischen Wärmen der wirklichen Gase 49
17 Einfache Zustandsänderungen vollkommener Gase 52
a) Zustandsänderung bei konstantem Volum oder Isochore 52
b) Zustandsänderung bei konstantem Druck oder Isobare 53
c) Zustandsänderung bei konstanter Temperatur oder Isotherme 53
d) Adiabate Zustandsänderung 54
e) Polytrope Zustandsänderung 56
f) Logarithmische Diagramme / ur Darstellung von Zustandsänderun
gen 58
X Inhaltsverzeichnis
Seite
18 Ermittlung des Temperaturvorlaufes und des polytropen Exponenten
bei empirisch gegebenen Zustandsänderungen 59
1!) Das Verdichten von Gasen imd der Arbeitsgewinn durch Gasentspan
nung 61
Aulgabe 4—10
V K reisprozesse
20 Die Umwandlung von Wärme in Arbeit durch Kreisprozesse 65
21 Der Carnotsche Kreisprozeß und seine Anwendung auf das vollkommene
Gas 67
22 Die Umkehrung des Carnotsclien Kreisprozesses 70
VI Der zweite Hauptsatz der Wärmelehre
23 Umkehrbare und nicht umkehrbare Vorgänge 71
24 Der Carnotsche Kreisprozeß mit beliebigen Stoffen 75
25 Die Temperaturskala des vollkommenen Gases als thermodvnamische
Temperaturskala 77
20 Beliebige umkehrbare Kreisprozesse, Arbeifcsvez lust bei nichtumkehr-
baren Prozessen 78
27 Die Entropie als Zustandsgröl Se Das Clausiussche Integral des umkehr- •
baren Prozesses 79
28 Die Entropie als vollständiges Differential und die absolute Temperatur
als integrierender Nenner 82
29 Ableitung des Wirkungsgrades des Carnotsclien Kreisprozesses und der
absoluten Temperaturskala ohne Benutzung der Eigenschaften des voll
kommenen Gases 87
30 Einführung der absoluten TVmperaturskala und des Entropiebegriffes
ohne Hilfe von Kreisprozessen 92
31 Die Entropie der Gase und anderer Körper 95
32 Die Entropiediagramme 98
33 Das Entropiediagramm der Gase 100
34 Beweis der Unabhängigkeit der inneren Energie eines vollkommenen
Gases vom Volum bei konstanter Temperatur 101
35 Das Verhalten der Entropie bei nichtumkehrbaren Vorgängen Der
zweite Hauptsatz als das Prin/ ip der Vermehrung der Entropie 103
36 - Spezielle nicht umkehrbare Prozesse • 106
a) Reibung 106
b) Wärmeleitung unter Temperaturgefälle 107
c) Drosselung 108
d) Mischung und Diffusion 111
37 Die maximale Arbeit von physikalischen und chemischen Zustands
änderungen 113
Aul gabe-11 —18
38 Statistische Deutung des zweiten Hauptsatzes 117
a) Die thermodynamische Wahrscheinlichkeit eines Zustandes 117
b) Entropie und thermodynamische Wahrscheinlichkeit 121
c) Die endliche Größe der thermodynamischen Wahrscheinlichkeit
Quantentheorie, Nernstsehus Wärmetheorem 124
VII Anwendung der Gasgesetze und der beiden Hauptsätze auf Gasmaschinen
39 Der technische Luftverdichtcr 126
a) Schädlicher Raum, Fülluiigsgrad 126
b) Drosselverluste 128
c) Liefergrad, Förderleistung Wandungswirkungen, ündichtheiten 129
d) Mehrstufige Verdichter 130
e) Wirkungsgrade 131
40 Die Heißluftmaschine und die Gasturbine 132
•J Inhaltsverzeichnis XI
Seite
41 Die Arbeitsprozesse bei Verbrennungsmotoren 138
a) Das Otto- oder Verpuffungsverfahren 139
b) Das Diesel- oder Gleichdruckverfahren 141
c) Der gemischte Vergleichsprozeß 143
d) Abweichungen des Vorganges in der wirklichen Maschine vom theo-
retischen Vergleichsprozeß; Wirkungsgrade 144
42 Die Berücksichtigung der Temperaturabhängigkeit der spezifischen
Wärmen und der Änderung der Zusammensetzung des Arbeitsmittels
bei Gasmaschinenprozessen 147
Aufgabe 19—22
VIII Die Eigenschaften (1er Dämpfe
43 Gase und Dämpfe, der Verdampfungs Vorgang und die p, v, T-Dia-
gramme 153
44 Die kalorischen Zustandsgrößen von Dämpfen 159
45 Tabellen und Diagramme der Zustandsgrößen von Dämpfen 163
•46 Einfache Zustandsänderungen von Dämpfen 168
a) Isobare Zustandsänderung 169
b) Isochore Zustandsänderung 169
c) Adiabate Zustandsänderung 170
d) Drosselung 172
47 Die Gleichung von CLATJSIUS und OLAPEYRON 173
48 Das schwere Wasser 175
Aufgabe 23-28
IX Das Erstarren und der feste Zustand ,
49 Das Gefrieren und der Tripelpunkt 176
50 Die spezifische Wärme fester Körper 178
51 Der Absolutwert der Entropie und der Nernstsche Wärmesatz 179
X Anwendungen auf die Dampfmaschine
52 Die theoretische Arbeit des Dampfes in der Maschine 180
53 Wirkungsgrade, Dampf- und Wärmeverbrauch 185
54 Der Einfluß von Druck und Temperatur auf die Arbeit des Clausius-
Rankine-Prozesses 186
55 Die Abweichungen des Vorganges in der wirklichen Maschine vom
theoretischen Arbeitsprozeß 189
a) Verluste durch Wärmeströmung unter Temperaturgefälle 189
b) Verlust durch unvollständige Expansion 190
c) Wandverluste 192
d) Drosselverluste 195
e) Verluste durch schädlichen Raum 195
•56 Trennung der Verluste durch Vergleich des Indikatordiagrammes mit
dem theoretischen Prozeß 197
57 Die Übertragung des Indikatordiagrammes in das T, s-Diagramm 198
58 Der Wärmeübergang im Zylinder und die,Vorteile des überhitzten
Dampfes 200
59 Konstruktive Maßnahmen zur Verminderung der Wandverluste 201
a) Der Dampfmantel 202
b) Die mehrstufige Expansion und die Zwischcnüberhitzung 202
c) Die Gleichstrommaschine 203
60 Besondere Arbeitsverfahren 203
a) Die Verwendung von Dampf in der Nähe des kritischen Zustandes 203
b) Die Carnotisierung des Clausius-Rankine-Prozesses durch stufen
weise Speise wasservorwärmung • 205
c) Quecksilber und andere Stoffe hohen Siedepunktes als Arbeitsmittel
für Kraftanlagen 207
d) Binäre Gemische als Arbeitsmittel 208
XII • : Inhaltsverzeichnis
Seite
61 Die Umkehrung der Dampfmaschine 209
a) Die reversible Heizung und die Wärmepumpe 210
b) Die Kaltdampfmaschine als Kältemaschine - 211
Aufgabe 29—32
XI Zustandsgieichungen von Dämpfen
62 Die van der Waalssche Zustandsgleichung 213
63 Zustandsgieichungen des Wasserdampfes 220
64 Die Beziehungen der kalorischen Zustandsgrößen zur thermischen
Zustandsgleichung , 223
65 Die Entropie als Funktion der einfachen Zustandsgrößen 224
66 Die Enthalpie und die inner); Energie als Punktion der einfachen Zu
standsgrößen 230
67 Die spezifischen Wärmen als Punktion der einfachen Zustandsgrößen 233
68 Die Ermittlung der kalorischen und der thermischen Zustandsgleichung
aus kalorischen Messungen 235
XII Die VerJuennungserscheinungen
69 Allgemeines, Grundgleichungen der Verbrennung, Heizwerte 236
70 Sauerstoff- und Luftbedarf der vollkommenen Verbrennung, Menge und
Zusammensetzung der Rauchgase 240
a) Feste und flüssige Brennstoffe 242
b) Gasförmige Brennstoffe 245
71 Die Beziehungen zwischen der Zusammensetzung der trockenen Rauch
gase, der Zusammensetzung des Brennstoffes und dem Luftverhältnis 246
72 Die Abhängigkeit der Verbrennungswärme von Temperatur und Druck 248
73 Verbrennungstemperatur und Wärmeinhalt (Enthalpie) der Rauchgase 249
74 Das i, f-Diagramm und die näherungsweise Berechnung der Verbren
nungsvorgänge 251
75 Unvollkommene Verbrennung 254
76 Einleitung und Ablauf der Verbrennung 255
77 Das Klopfen von Verbrennungsmotoren 257
Aufgabe 33—37
XIII Strömende Bewegung von Gasen und Dämpfen
78 Laminare und turbulente Strömung Geschwindigkeitsverteilung und
mittlere Geschwindigkeit 259
79 Kontinuitätsgleichung, Umwandlung von Druckenergie in kinetische
Energie 261
80 Meßtechnische Anwendungen, Staurohr, Düse und Blende 264
81 Enthalpie und kinetische Energie der Strömung 268
82 Die Reibungsarbeit der Strömung 270
83 Die Strömung eines vollkommenen Gases durch Düsen und Mündungen 271
84 Die Schallgeschwindigkeit in Gasen und Dämpfen 275
85 Die erweiterte Düse nach DU LAVAL 11 279
86 Andere Behandlung der Diisenströmung 282
87 Die Lavaldiise bei unrichtigem Gegendruck 284
Aufgabe 38—42
88 Verdichtungsstöße 287
a) Der gerade Verdichtungsstoß 288
b) Der schräge Verdichtungsstoß 294
XIV Strömungsmaschinen
89 Allgemeines, Arbeitsumsatz bei strömendem Gas 301
90 Die Stufe einer Strömungsmaschine Geschwindigkeitsdiagramme 304
91 Reaktionsgrad Aktions- und Reaktionsturbine 307
92 Das Mollierdiagramm der vielstufigen Strömungsmaschine Einfluß der
Verluste auf das wirksame Bnthalpiegefälle 309
93 Der Einfluß der endlichen Schaufellänge 311
S*
Inhaltsverzeichnis XIII
XV Thermodynamik des Raketenantriebes Seite
94 Allgemeines Schub und Impuls eines Strahles 313
95 Raketentreibstoffe und ihre Bewertung 314
96 Die Strömung in der Düse einer Rakete 322
97 Wirkungsgrad des Raketenantriebes 326
98 Bewegung der Rakete 328
a) Die Rakete im schwerefreien Raum 328
b) Die Rakete im Schwerefelde • • 331
99 Möglichkeit der Weltraumfahrt 332
XYI Thermodynamisclier Luftstrahlantrieb
100 Allgemeines, innerer und äußerer Wirkungsgrad 334
101 Das Schubrohr (Lorin-Düse) 337
102 Der Turbinen-Strahlantrieb 342
a) Der Turbinenstrahlantrieb im Stand 343
b) Der Turbinenstrahlantrieb im Fluge 344
c) Leistungssteigerung durch Zusatzverbrennung 346
XVII Die Grundbegritte der Wärmeübertragung
103 Allgemeines ,347
104 Stationäre Wärmeleitung • 347
105 Wärraeübergang und Wärmedurchgang 350 •
106 Nicht stationäre Wärmeströmungen 353
107 Die Ähnlichkeitstheorie der Wärmeübertragung 360
108 Wärmeübergang und Strömungswiderständ 369
109 Einzelprobleme der Wärmeübertragung ohne Zustandsänderung des
Mittels • 377
a) Aufgezwungene Strömung 377
b) Freie »Strömung 381
110 Wärmeübertragung beim Kondensieren und Verdampfen 383
111 Wärmeübertrager Gleichstrom Gegenstrom, Kreuzstrom 386
a) Gleichstrom 387
b) Gegenstrom • • 389
c) Kreuzstrom 390
XVIII Die Wärmeübertragung durch Strahlung
112 Grundbegriffe, Gesetz von Kirchhoff Emissionsverhältnis bei festen
Körpern und bei Gasen 395
113 Die Strahlung des schwarzen Körpers 397
114 Die Strahlung technischer Oberflächen- 399
115 Der Wärmeaustausch durch Strahlung 401
116 Die Strahlung beim Wärmedurchgang durch Luftschichten 405
Aufgabe 43—45
XIX Dampf-Gas-Gemische
117 Allgemeines 409
118 Das i, x-Diagramm der feuchten Luft nach MOLLIER 413
a) Enthalpieänderung bei gleichbleibendem Wassergehalt 414
b) Mischung zweier Luftmengen 414
c) Zusatz von AVasser oder Dampf 416
d) Feuchte Luft streicht über eine Wasser- oder Eisfläche 417
119 Der Stofftransport durch Diffusion 419
120 Stoffaustausch und Wärmeübergang 420
XX Die Anwendung des I und II Hauptsatzes der Thermodynamik
auf chemische Vorgänge
121 Einleitung, maschinentechnisch c und chemische Thermodynamik 421
122 Innere Energie und Enthalpie 422
123 Energieumsatz bei chemischen Reaktionen 424
XIV In 11 alts Verzeichnis
Seit amp;
124 Die Temperaturabhängigkeit der Reaktionsenergien 427
125 Das Gesetz der konstanten Energiesummen 429
126 Thermodynamisches und chemisches Gleichgewicht, ünvollständig-
keit des Ablaufes chemischer Reaktionen Das Prinzip von LE CHA-
TELIER und BRAUN 430-
127 Beispiele für die reversible, isotherme Durchführung chemischer Reak
tionen 432
128 Ein thermisch-mechanisches Modell der reversiblen chemischen
Reaktion 437
129 Die reversible Durchführung beliebiger homogener Gasreaktionen 439-
130 Chemisches Gleichgewicht und Massenwirkungsgesetz 442
131 Kinetische Deutung des Massenwirkungsgesetzes 445-
132 Entropie, freie Energie und freie Enthalpie bei chemischen Reaktionen 447
XXF Das Ncrnstschc Wärmetheorem oder der dritte Hauptsatz der Wärmelehre
133 Die Gibbs-Helmholtzschen Gleichungen Die Temperaturabhängig
keit der reversiblen Arbeit und der Gleichgewichtskonstanten 450
134 Der dritte Hauptsatz der Wärmelehre in der Fassung von KERNST und
PLAUCK 453-
135 Die Verdampfung als chemische Reaktion und die chemische Kon
stante 456-
136 Die praktische Ermittlung und die zweckmäßige Darstellung der
Temperaturabhängigkeit von Gleichgewichtskonstanten und des
Dampfdruckes reiner Stolle 462
137 Heterogene Reaktionen ! 465
138 Tabellen für Reaktionen bei Verbrennungs- und Vergasungsvorgängen 467
139 Ausbeute einer chemischen Reaktion, Reaktionsgrad, Dissoziations
grad 481
140 Die Verbrennung fester Kohle als heterogene Reaktion 486-
141 Der Generator zur Kohlenoxyderzeugung 489-
142 Die Dissoziation von Kohlendioxyd und Wasserdampf 491
143 Das Wassergasgleichgewicht und die Zersetzung von Wasserdampf
durch glühende Kohle 495-
144 Die Dissoziation der Verbrennungsgase eines Kohlenwasserstoffes 500-
145 , Der Plasmazustand der Materie und die Erreichung sehr hoher Tem-
, peraturen 505-
Anhang: Dainpftabellen und Tafeln
Tabelle Ia und Ib Zustandsgrößen von Wasser und Dampf bei Sättigung 510
IIa Zustandsgrößen r i und s von Wasser und überhitztem Dampf 518-
IIb Zustandsgrößen des Wasserdampfes im idealen Gaszustand 524
III Zustandsgrößen v on Ammoniak, N IL, bei Sättigung 525-
„ IV Zustandsgrößen von Kohlensäure, C02 bei Sättigung 525-
Tafel A Mollier-(i, s)-Diagranim von Wasserdampf 1 Befinden sich nm
„ B Mollier-(log p, t)-Diagramm von Ammoniak Schluß des Buchcs
C i, a:-Diagramm der feuchten Luft nach MOLLTEK, J M der Tasche
Lösungen der Aufgaben 526-
Sehrit ttunisverzeichnis 536
Namen- und Sachverzeichnis 537
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