Arbeitsfluids Fluid besteht aus Atomen/Molekülen Bild = Wasser flüssig Innere Energie = Kinetische Bewegungsenergie Innere Energie der Moleküle (Rotation, Vibration) Potentielle Energie der Abstossung oder Anziehung

Arbeitsfluids Bild = Eis Tiefe Temperatur = kleine kinetische Energie < potentielle Energie der Anziehung → Wasser ist kondensiert Noch tiefere Temperatur: spezielle Anordnung der Moleküle → Kristallisation = Eis

Arbeitsfluids Bild = Dampf Kinetische Energie >> potentielle Energie der Anziehung → Moleküle bewegen sich unabhängig → Stoff ist gasförmig (Dampf)

Arbeitsfluids Druck = Summe der Kraftwirkungen der Zusammenstösse Moleküle-Gefässwand Kolbenbewegung gegen das Gas: Molekülgeschwindigkeit beim Stoss erhöht → Temperaturerhöhung Kolbenbewegung weg vom Gas: Molekülgeschwindigkeit beim Stoss erniedrigt → Temperaturabsenkung

Das Modell des idealen Gases Arbeitsfluids Das Modell des idealen Gases Potentielle Energie der Abstossung/Anziehung kann vernachlässigt werden (keine Wechselwirkung zwischen Molekülen) Gutes Modell für viele Gase bei genügend grossen Molekülabständen Druck ist proportional zur Teilchendichte und zur Temperatur → Zustandsgleichung für ideale Gase Proportionalitätskonstante R = 8.314 J/mol.K

Zustandsgleichung für Gasmenge von n Molen Arbeitsfluids Zustandsgleichung für Gasmenge von n Molen Konsequenzen des Modells des idealen Gases: Thermodynamische Potentiale u und h sind nur eine Funktion der Temperatur

gilt immer, auch wenn v1 ≠ v2 !!! Arbeitsfluids cv und innere Energie U gilt immer, auch wenn v1 ≠ v2 !!! u = Potentialfunktion = u(T) entspricht der Wärmezu-fuhr bei konstantem Volumen von T = 0 bis T

gilt immer, auch wenn p1 ≠ p2 !!! Arbeitsfluids cp und Enthalpie H gilt immer, auch wenn p1 ≠ p2 !!! h = Potentialfunktion = h(T) entspricht der Wärmezu-fuhr bei konstantem Druck von T = 0 bis T

Anwendung des idealen Gasgesetzes auf h: Arbeitsfluids Anwendung des idealen Gasgesetzes auf h: cp enthält zusätzliche Ausdehnungsarbeit Verhältnis der spezifischen Wärmen cp/cv = 

Definition der Mittelwerte Arbeitsfluids u und h sind Potentialfunktionen, nur Differenzen definiert für Tabellen: Absolutwerte  Bezugspunkt notwendig Anwendung von Mittelwerten für cv und cp (sinnvoll bei kleineren Temperaturdifferenzen) Definition der Mittelwerte

ideales Gas: keine Wechselwirkung zwischen Molekülen Arbeitsfluids perfektes Gas ideales Gas: keine Wechselwirkung zwischen Molekülen aber: cp und cv sind temperaturabhängig Grund: Anregungszustände der Moleküle (Rotation, Vibration) ändern mit Temperatur perfektes Gas: = ideales Gas mit konstanten cp und cv Werten, Moleküle sind Massenpunkte ohne Anregungszustände, nur Translationsenergie!!

1-atomiges Gas: 3 translatorische Freiheitsgrade → f = 3 Arbeitsfluids Statistische Mechanik: spezifische Wärmen werden durch die Anzahl Freiheitsgrade f bestimmt 1-atomiges Gas: 3 translatorische Freiheitsgrade → f = 3 2-atomiges Gas: zusätzlich 2 Rotations-Freiheitsgrade → f = 5 Bei hohen Temperaturen: zusätzliche Vibrationen im Molekül

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Zustandsgleichung realer Gase Arbeitsfluids Zustandsgleichung realer Gase Anziehungskräfte in der Nähe des kritischen Punktes (Einsetzen der Kondensation) nicht mehr vernachlässigbar Abweichungen vom idealen Gas durch Realgas-Faktor Z Spezifische Wärmen hängen ab von Druck und Temperatur

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Kreisprozesse und 1. Hauptsatz Arbeitsfluids Kreisprozesse und 1. Hauptsatz 1. Hauptsatz im geschlossenen System, keine kinetische und potentielle Energie der Strömung Betrachte Kreisprozess 1 – 2 – 1

1. Hauptsatz für die Teilprozesse Arbeitsfluids 1. Hauptsatz für die Teilprozesse Summe für Kreisprozess Q und A sind keine Potentialfunktionen, Werte sind abhängig vom Weg, deshalb Umwandlung von Wärme in Arbeit (und umgekehrt) möglich

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