Thermodynamik fortgeschritten
Thermodynamik fortgeschritten an der TU Braunschweig
Thermodynamik fortgeschritten an der TU Braunschweig
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Cartes-fiches
Aus welchen Zustandsänderungen besteht der Carnot-Prozess? Was passiert während dieser Schritte?
- Isentrope Druckerhöhung (technische Arbeit wird zugeführt)
- Isotherme Wärmezufuhr
- Isentrope Entspannung (technische Arbeit wird abgeführt)
In welchen Punkten weicht ein Van-der-Waals-Gas von einem idealen Gas ab?
1) Ein V-d-W-Gas besteht aus Molekülen, die ein Volumen beanspruchen. Damit steht jedem Molekül zur Bewegung nur das gesamte Volumen abzüglich des von den anderen Molekülen beanspruchten Volumens ('Kovolumen') zur Verfügung.
Mit welchen Prozessschritten kann aus einem System, das vom Umgebungszustand abweicht (Druck und Temperatur), die maximale Arbeit gewonnen werden?
1) adiabat isentrop auf Umgebungstemperatur
2) isotherm auf den Umgebungszustand (Druck anpassen)
Mit welchen Prozessschritten kann ein System, das im Umgebungszustand vorliegt, auf einen von Umgebungsbedingungen abweichenden (Druck und Temperatur) Zustand 2 gebracht werden, sofern dabei nur ein Minimum an Arbeit aufgewendet werden soll?
1) isotherm auf einen Zustand bringen, der die gleiche Entropie wie Zustand 2 besitzt
2) adiabat isentrop auf Zustand 2 bringen
Steigt feuchte Luft in einer Umgebung aus trockener Luft nach oben oder sinkt sie ab?
Feuchte Luft hat eine geringere Dichte als trockene Luft und steigt auf.
Auch feuchte Luft verhält sich wie ein ideales Gas, d.h. die Anzahl der Teilchen pro Volumen (bei konstanter Temperatur und konstantem Druck) ist konstant.
Also ersetzt ein leichteres H2O Molekül ein schwereres O2 Molekül.
Steigt oder sinkt die Verdampfungenthalpie mit steigendem Druck/ höherer Temperatur?
Die Verdampfungsenthalpie nimmt mit steigendem Druck bzw. steigender Temperatur ab.
Dies kann grafisch leicht daran erkannt werden, dass das Nassdampfgebiet auch im p-h-Diagramm kuppelförmig aussieht: Je höher der Druck, desto dichter liegen h' und h'', deren Differenz ja gerade die Verdampfungsenthalpie ist, zusammen.
Im kritischen Punkt fallen Tau- und Siedelinie schließlich zusammen: h'=h''. Die Verdampfungsenthalpie ist hier gleich Null.
Steigt oder sinkt die Verdampfungenthalpie mit steigendem Druck/ höherer Temperatur?
Die Verdampfungsenthalpie nimmt mit steigendem Druck bzw. steigender Temperatur ab.
Dies kann grafisch leicht daran erkannt werden, dass das Nassdampfgebiet auch im p-h-Diagramm kuppelförmig aussieht: Je höher der Druck, desto dichter liegen h' und h'', deren Differenz ja gerade die Verdampfungsenthalpie ist, zusammen.
Im kritischen Punkt fallen Tau- und Siedelinie schließlich zusammen: h'=h''. Die Verdampfungsenthalpie ist hier gleich Null.
Steigt oder sinkt die Verdampfungenthalpie mit steigendem Druck/ höherer Temperatur?
Die Verdampfungsenthalpie nimmt mit steigendem Druck bzw. steigender Temperatur ab.
Dies kann grafisch leicht daran erkannt werden, dass das Nassdampfgebiet auch im p-h-Diagramm kuppelförmig aussieht: Je höher der Druck, desto dichter liegen h' und h'', deren Differenz ja gerade die Verdampfungsenthalpie ist, zusammen.
Im kritischen Punkt fallen Tau- und Siedelinie schließlich zusammen: h'=h''. Die Verdampfungsenthalpie ist hier gleich Null.
Warum beträgt die minimale Arbeit, die einer Wasserpumpe zugeführt werden muss, v * Delta p (Volumen mal Druckdifferenz)
Anmerkung: Für einen kontinuierlichen Volumenstrom gleicht die Leistung als dem Produkt aus Volumenstrom und Druckdifferenz.
Die technische Arbeit ist zunächst als Integral über v dp definiert.
Da das spezifische Volumen v aber für ein inkompressibles Medium wie Wasser konstant ist und NICHT vom Druck p abhängt, kann es aus dem Integral herausgezogen werden. Das Integral über dp liefert dann Delta p.
Warum wird der Clausius-Rankine-Prozess oft mit einer zweistufigen Expansion mit Zwischenüberhitzung durchgeführt?
Es soll ein Eintreten in das Nassdampfgebiet im Laufe der Expansion vermieden werden, da schon kleine Flüssigkeitströpfchen die Lebensdauer der Turbinenbeschaufelung deutlich reduzieren können.
Was beschreibt der thermische Ausdehnungskoeffizient?
Er ist ein Maß für die Volumenveränderung eines Systems in Abhängigkeit von der Temperaturveränderung bezogen auf das Ursprungsvolumen.
Was besagt die Gibbssche Phasenregel?
F = K + 2 - P
Anzahl der Freiheitsgrade
= Anzahl der Komponenten
+ 2
- Anzahl der vorhandenen Phasen
Was beschreibt die linke Seite der Energiebilanz (1. HS)?
Die Änderung der im System gespeicherten Energie mit der Zeit.
Anmerkung: Ist die linke Seite gleich Null, so bedeutet das NICHT, dass im System keine Energie gespeichert ist, sondern nur, dass sich diese nicht mit der Zeit ändert.
Was beschreibt die rechte Seite der Energiebilanz (1. HS)?
Es werden alle Energiezu- und -abflüsse über die Systemgrenzen hinweg beschrieben.
Was ist die Bedeutung der "Verdampfungsenthalpie"?
Die Verdampfungsenthalpie, die von Druck bzw. Temperatur abhängt, bei der die Verdampfung stattfindet, gibt die spezifische Enthalpiedifferenz zwischen siedender Flüssigkeit und gesättigtem Dampf an.
Was ist eine Fundamentalgleichung?
Dies ist eine Funktion, aus der nur durch Differentiation ("Ableiten") und algebraische Umstellungen (plus, minus, mal, geteilt) alle thermodynamischen Größen des Systems ermittelt werden können.
Was sind linksdrehende Kreisprozesse?
Sie fördern Wärme auf ein höheres Temperaturniveau und nehmen zu diesem Zweck technische Arbeit auf.
Beispiele: Kälteprozesse, Wärmepumpen
Was sind rechtsdrehende Kreisprozesse?
Sie wandeln einen Teil eines zugeführten Wärmestroms in technische Arbeit um. Der restliche Wärmestrom wird auf einem niedrigeren Temperaturniveau als Abwärme an die Umgebung abgeführt. ("Wärmekraftmaschinen")
Wie ist die Kälteleistungszahl definiert?
Kälteleistung bezogen auf zugeführte technische Arbeit.
(Werte > 1 möglich)
Wie ist die Leistungszahl einer Wärmepumpe definiert?
Abgeführte Wärme bezogen auf die zugeführte technische Arbeit.
(Werte > 1 möglich)
Wie kann der thermische Ausdehnungskoeffizient von idealen Gasen bestimmt werden?
Die thermische Ausdehnungsfähigkeit idealer Gase ist der Kehrwert ihrer Temperatur.
Wie kann sich die Entropie eines Systems verändern?
Wärmezu- (+) oder -abfuhr (-)
Massezu- (+) oder -abfuhr (-)
Entropieproduktion durch Irreversibilitäten (+)
Wie lautet der Zusammenhang zwischen Entropieproduktion und irreversiblem Arbeitsverlust?
Irrev. Arbeitsverlust = produzierte Entropie * Umgebungstemperatur
Wofür wird in einem h-x-Diagramm der Randmaßstab verwendet?
Er wird für eine Mischung von feuchter Luft und reinem Wasser (egal, ob gasförmig oder flüssig) verwendet. Auf ihm ist die Enthalpie des eingespritzen Wassers aufgetragen.
