Technische Thermodynamik [2., erw. Aufl. Reprint 2019] 9783111584836, 9783111211503

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Technische Thermodynamik von Dr.-Ing. Ulrich Grigull o. Professor an der Technischen Hochschule München

Mit 74 Abbildungen

Zweite erweiterte Auflage

Sammlung Göschen Band 1084/1084a

Walter de Gruyter & Co • Berlin 1970 vormals ß . J. Göschen'sche Verlagshandlung • J. Guttentag, Verlagsbuchhandlung • Georg Keimer • Karl J. Trübner • Veit & Comp.

© Copyright 1970 by Walter de Gruyter & Co., vormals G. J . Göschen'sche Verlagshandlung — J . Guttentag, Verlagsbuchhandlung — Georg Reimer — Karl J . Trübner — Veit & Comp., Berlin 30. — Alle Rechte, einschl. der Rechte der Herstellung von Photokopien und Mikrofilmen, von der Verlagshandlung vorbehalten. — Archiv-Nr. 7933701. — Satz und Druck: H. Heenemann KG, Berlin 31. Printed in Germany.

Inhaltsverzeichnis Literaturübersicht Häufig benutzte Formelzeichen Wichtige Konstanten Einleitung I

II

III

IV

V

Grundbegriffe

Seite 5 6 8 9 9

§ 1 Thermodynamisches System § 2 Temperatur. Gleichgewicht § 3 Energie, Wärme, Arbeit § 4 Größen und Einheiten

10 12 17 20

Erster Hauptsatz

22

§ 1 Mathematische Formulierung § 2 Enthalpie § 3 Spezifische und molare Größen § 4 Kalorimetrie § 5 p, «-Diagramm § 6 Mathematische Beziehungen

22 25 28 31 33 35

Ideales Gas

39

§ 1 Thermische Zustandsgieichung § 2 Kalorische Zustandsgieichung § 3 Molare Wärmekapazitäten § 4 Mischungen idealer Gase § 5 Einfache Zustandsänderungen § 6 Kreisprozesse. Carnot-Prozeß

39 41 46 48 52 59

Zweiter Hauptsatz

62

§ 1 Reversible und irreversible Zustandsänderungen § 2 Verallgemeinerung des Carnot-Prozesses § 3 Entropie § 4 Thermodynamische Potentiale § 5 Entropie bei irreversiblen Prozessen S 6 Maximale Arbeit § 7 Nernstscher Wärmesatz

62 68 72 79 83 92 100

Mehrphasige Systeme

104

§ 1 Gleichgewicht zwischen flüssiger und gasförmiger Phase . . . § 2 Dampfdruckkurve. Clausius-Clapeyron-Gleichung § 3 Van der Waals-Gleichung. Korrespondenzprinzip jj 4 Schmelzen und Sublimieren. Tripelpunkt § 5 Oberflächenspannung

104 107 111 114 119

4

Inhaltsverzeichnis Seite

VI

VII

Kreisprozesse mit idealen Gasen

122

§ § § § §

1 Otto- und Diesel-Prozeß 2 Joule-Prozeß 3 Ericsson- und Stirling-Prozeß 4 Vergleich der Kreisprozesse 5 Verdichten v o n Gas

123 125 130 133 135

Kreisprozesse mit D ä m p f e n

137

§ § § §

138 141 144 147

1 2 3 4

Clausius-Rankine-Prozeß Zwischenüberhitzung und Carnotisierung Kälteprozesse mit Dämpfen Luftverflüssigung

V I I I Gasdynamik

IX

149

§ 1 Ausflußgleichung § 2 Laval-Düse § 3 Gerader Verdichtungsstoß §4 p, w-Diagramm

150 153 155 158

Gas-Dampf-Gemische

159

§ 1 Konzentrationsmaße § 2 A, z-Diagramm § 3 Zustandsänderungen feuchter L u f t

159 161 164

Anhang

168

Sachverzeichnis

174

Literaturübersicht 1. Lehrbücher M. W. Zemantki; Heat and Thermodynamics. 4. Aufl. New York/Toronto/ London 1957 E. A. Guggenheim: Thermodynamics. 4. Aufl. Amsterdam 1959 E. Schmidt: Einführung in die Technische Thermodynamik. 10. Aufl. Berlin/ Göttingen/Heidelberg 1963 M. Planck: Vorlesungen über Thermodynamik. 11. Aufl. Berlin 1964 Fr. Bomjakovit'. Technische Thermodynamik. Dresden und Leipzig. I . und I I . Teil 4. Aull. 1965 D. B. Spalding, S. Traustel, E. //. Cole: Grundlagen der technischen Thermodynamik. Braunschweig 1965 ff. D. Baehr: Thermodynamik 2. Aufl. Berlin/Heidelberg/New York 1966 H. J. LS/ller- Thermodynamik. 2 Bde. Berlin/Heidelberg/New York 1969

2. Tabellenwerke Landolt-Börnstein: Zahlenwerte und Funktionen aus Physik, Chemie, Astronomie, Geophysik und Technik. 6. Aufl. Berlin/Göttingen/Heidelberg ab 1950 D'Ant-Laz: Taschenbuch für Chemiker und Physiker. 2. Aufl. Berlin/Göttingen/Heidelberg 1949 B. P. Nikohki: Handbuch des Chemikers, 3 Bände. Berlin 1956 bis 1959 Properties of Water and Steam in Si-Units. Bearb. v. E. Schmidt. Berlin/ Heidelberg/New York und München 1969

3. Göschenbände mit verwandtem Inhalt W. Döring: Einführung in die theoretische Physik. Thermodynamik. Band 374. 2. Aufl. 1964 H.Bock: Thermische Verfahrenstechnik. Band 1209/1209a; 1210/1210a; 1211/1211a. 1963 bis 1965 fr. Endret: Verbrennungsmotoren. Band 1076/1076a. 1968; 1184/1184a, 1966

Häufig benutzte Formelzeichen A At Am Amt a G E F F G g H K M MT m n 0 V Q R r S T t U V

Arbeit technische Arbeit maximale Arbeit maximale technische Arbeit Schallgeschwindigkeit Wärmekapazität (C v bei konstantem Volumen, Cp bei konstantem Druck) Energie freie Energie, Helmholtz-Funktion Querschnitt einer Düse freie Enthalpie, Gibbs-Funktion lokale Fallbeschleunigung Enthalpie Kraft molare Masse (M = m/re) relative Molekülmasse oder Atommasse Masse Stoffmenge Oberfläche Druck Wärme, Wärmemenge spezifische Gaskonstante spezifische Verdampfungsenthalpie Entropie thermodynamische oder Kelvin-Temperatur Celsius-Temperatur innere Energie Volumen

w x x 2 ol ß y e r\ x £ q

Geschwindigkeit Dampfgehalt Wassergehalt (feuchter Luft) Höhe Ausdehnungskoeffizient Spannungskoeffizient Molenbruch Leistungsziffer Wirkungsgrad Isentropenexponent Massenverhältnis Dichte (q = m / F = 1/v) Oberflächenspannung Kompressibilität Ausflußkoeffizient

Spezifische Größen sind durch Kleinbuchstaben, molare Größen durch Frakturbuchstaben gekennzeichnet. Ausnahme ist die molare Masse M. — Die Einheit der Kelvin-Temperatur T und der Temperaturdifferenzen AT und A( ist das Kelvin (Einheitenzeichen K). Bei Angabe von Celsius-Temperaturen wird die Einheit Grad Celsius (Einheitenzeichen °C), die gleich der Einheit Kelvin ist, verwendet (DIN 1345).

Wichtige Konstanten Avogadro-Konstante NA = (6,02252 ± 0,00028) 1023 mol-i Molare Gaskonstante 91 = (8,3143 ± 0,0012) J/mol K Boltzmann-Konstante k = 9i/iV A = (1,38054 ± 0,00018) 10- 2 3 J / K Normdruck pn = i atm = 760 Torr Normtemperatur Tn ' 273,15 K ; tn = 0 °C Molares Normvolumen des idealen Gases