Thermodynamik für Maschinenbauer:
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München
Oldenbourg
2012
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INHALTSVERZEICHNIS
VORWORT V
HAEUFIG VERWENDETE FORMELZEICHEN XI
1 EINLEITUNG 1
2 GRUNDBEGRIFFE 5
2.1 SYSTEM, SYSTEMGRENZE, UMGEBUNG, BEZUGSSYSTEM 5
2.2 T H E R M O D Y N A M I S C H E R ZUSTAND 9
2.3 ERSTES GLEICHGEWICHTSPOSTULAT D E R T H E R M O D Y N A M I K 10
2.4 INNERE ZUSTANDSGROESSEN 10
2.4.1 SPEZIFISCHES U N D MOLARES VOLUMEN 13
2.4.2 DRUCK U N D T E M P E R A T U R 15
2.5- ZWEITES GLEICHGEWICHTSPOSTULAT D E R T H E R M O D Y N A M I K 1 8
2.5.1 THERMISCHES GLEICHGEWICHT 1 8
2.5.2 NULLTER HAUPTSATZ D E R T H E R M O D Y N A M I K 19
2.5.3 TEMPERATURSKALE - SI-DEFINITION D E R T E M P E R A T U R 2 0
2.6 AEUSSERE ZUSTANDSGROESSEN 22
2.7 PROZESS U N D QUASISTATISCHE ZUSTANDSAENDERUNG 2 3
2.8 REVERSIBLE U N D IRREVERSIBLE PROZESSE 2 4
2.9 THERMISCHE ZUSTANDSGIEICHUNG 2 5
2.9.1 THERMISCHE ZUSTANDSGIEICHUNG DES IDEALEN GASES 2 5
2.9.2 GESETZ VON BOYLE-MARIOTTE 2 9
2.9.3 GESETZE VON GAEY-LUSSAC 2 9
2.9.4 NORMZUSTAND 3 2
3 METHODEN DER THERMODYNAMIK 3 7
3.1 BILANZGLEICHUNGEN U N D TRANSPORTGLEICHUNGEN 3 7
3.2 ANFANGS-, RAND- U N D NEBENBEDINGUNGEN 3 7
3.3 SCHREIBWEISE D E R MATHEMATISCHEN BEZIEHUNGEN IN D E R THERMODYNAMIK
3 8 3.3.1 DIE DIFFERENZIELLEN GROESSEN D Z U N D D Z IN D E R
THERMODYNAMIK ZUSTANDSGROESSEN 3 8
3.3.2 DIE DIFFERENZIELLE GROESSE 8 Z IN D E R THERMODYNAMIK -
PROZESSGROESSEN 4 4
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IMAGE 2
VIII
INHALTSVERZEICHNIS
4 ERSTER HAUPTSATZ DER THERMODYNAMIK 4 5
4.1 GRUNDGESETZE 4 5
4.2 ERSTER HAUPTSATZ - ENERGIEERHALTUNGSSATZ 4 7
4.2.1 W AE R M E U N D ARBEIT 4 7
4.2.2 DRUCKARBEIT (VOLUMENAENDERUNGSARBEIT) 5 0
4.2.3 REIBUNGSARBEIT 5 4
4.2.4 GESAMTENERGIE, INNERE ENERGIE U N D BEZUGSSYSTEM 5 4
4.2.5 THERMISCHE U N D KALORISCHE ZUSTANDSGROESSEN 5 6
4.2.6 ERSTER HAUPTSATZ FUER RUHENDE, GESCHLOSSENE, H O M O G E N E
SYSTEME 5 6
4.2.7 ERSTER HAUPTSATZ FUER RUHENDE, OFFENE, INHOMOGENE SYSTEME 5 8
4.2.8 ERSTER HAUPTSATZ FUER BEWEGTE, GESCHLOSSENE SYSTEME 6 2
4.2.9 ERSTER HAUPTSATZ FUER BEWEGTE, OFFENE, INHOMOGENE SYSTEME 6 8
4.2.10 KALORISCHE ZUSTANDSGIEICHUNGEN U N D SPEZIFISCHE WAERMEKAPAZITAET 8
0
5 SPEZIELLE ZUSTANDSAENDERUNGEN IDEALER GASE 9 5
5.1 EINFACHE THERMODYNAMISCHE PROZESSE 9 5
5.2 PROZESSE MIT ZUSTANDSAENDERUNGEN IDEALER GASE 9 5
5.2.1 PROZESSE MIT ISENTROPER ZUSTANDSAENDERUNG 9 7
5.2.2 PROZESSE MIT ISOTHERMER ZUSTANDSAENDERUNG 1 0 4
5 . 2 . 3 PROZESSE MIT ISOCHORER ZUSTANDSAENDERUNG 1 0 8
5.2.4 PROZESSE MIT ISOBARER ZUSTANDSAENDERUNG 1 1 1
5.2.5 PROZESSE MIT POLYTROPER ZUSTANDSAENDERUNG 1 1 5
5.3 UEBERSICHT EINFACHER ZUSTANDSAENDERUNGEN IDEALER GASE 1 2 0
6 ZWEITER HAUPTSATZ DER THERMODYNAMIK 1 2 3
6.1 TYPISCHE IRREVERSIBLE PROZESSE 1 2 5
6.1.1 REIBUNGSBEHAFTETE PROZESSE (DISSIPATIONSPROZESSE) 1 2 5
6.1.2 WAERMEUEBERTRAGUNGSVORGAENGE U N D A N D E R E AUSGLEICHSVORGAENGE 1 2
7
6.2 MATHEMATISCHE FORMULIERUNG D E S ZWEITEN HAUPTSATZES 1 2 9
6.2.1 DER INTEGRIERENDE NENNER U N D DIE ABSOLUTE T E M P E R A T U R 1
3 0
6.2.2 DIE ENTROPIE FUER INHOMOGENE, GESCHLOSSENE SYSTEME 1 3 3
6.2.3 DIE BEDEUTUNG D E R ENTROPIE 1 3 5
6.3 DIAGRAMM FUER W AE R M E U N D IRREVERSIBLE PROZESSENERGIE 1 3 9
7 ANWENDUNG D E S ERSTEN HAUPTSATZES A U F KREISPROZESSE 1 4 7
7.1 PROZESSARBEIT U N D T H E R M I S C H E R WIRKUNGSGRAD 1 4 8
7.2 BETRACHTUNGEN Z U R THEORIE VON KREISPROZESSEN 1 5 3
7.3 CARNOTPROZESS 1 5 5
IMAGE 3
INHALTSVERZEICHNIS IX
8 ANWENDUNG D E S ZWEITEN HAUPTSATZES AUF ENERGIEUMWANDLUNGEN 1 6 5
8.1 EXERGIE U N D ANERGIE 165
8.2 EXERGIE U N D ANERGIE D E R W AE R M E 166
8.3 EXERGIE U N D ANERGIE DES STOFFSTROMES 169
8.4 ZUFUHR VON EXERGIE A N EIN INHOMOGENES, GESCHLOSSENES SYSTEM 172
8.5 DIE EXERGIE EINES INHOMOGENEN, GESCHLOSSENEN SYSTEMS 173
8.6 DIE BILANZ D E R TECHNISCHEN ARBEITSFAEHIGKEITEN (EXERGIEBILANZ) 174
8.7 DIE ANERGIE BEI REIBUNG U N D W AE R M E UE B E R T R A G U N G 175
8.8 DER TECHNISCHE ARBEITSVERLUST 176
9 WAERMEUEBERTRAGUNG UND WAERMEDAEMMUNG 1 8 1
9.1 T R A N S P O R T T H E R M I S C H E R ENERGIE 1 8 1
9.2 WAERMELEITUNG 182
9.2.1 WAERMELEITUNG DURCH EINE EINSCHICHTIGE E B E N E W A N D 185
9.2.2 WAERMELEITUNG D U R C H EINE MEHRSCHICHTIGE E B E N E WAND 187
9.3 KONVEKTION 189
9.4 STRAHLUNG 192
9.5 KOMBINATION VON STRAHLUNG U N D KONVEKTION 197
9.6 KOMBINATION VON KONVEKTION U N D LEITUNG 199
9.7 ZUSAMMENSTELLUNG WESENTLICHER MERKMALE D E S THERMISCHEN
ENERGIETRANSPORTS 202
LITERATUR 2 0 5
INDEX 2 0 7
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