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Arbeitsfluids. 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.
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Arbeitsfluids 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
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
Arbeitsfluids Zustandsgleichung für Gasmenge von n Molen Konsequenzen des Modells des idealen Gases: Thermodynamische Potentiale u und h sind nur eine Funktion der Temperatur
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
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
Arbeitsfluids Anwendung des idealen Gasgesetzes auf h: cp enthält zusätzliche Ausdehnungsarbeit Verhältnis der spezifischen Wärmen cp/cv =
Arbeitsfluids u und h sind Potentialfunktionen, nur Differenzen definiertfür Tabellen: Absolutwerte Bezugspunkt notwendig Anwendung von Mittelwerten für cv und cp (sinnvoll bei kleineren Temperaturdifferenzen) Definition der Mittelwerte
Arbeitsfluids perfektes Gas ideales Gas: keine Wechselwirkung zwischen Molekülen aber: cp und cv sind temperaturabhängigGrund: 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!!
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
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
Arbeitsfluids Kreisprozesse und 1. Hauptsatz 1. Hauptsatz im geschlossenen System, keine kinetische und potentielle Energie der Strömung Betrachte Kreisprozess 1 – 2 – 1
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
