1 Aufgabe der Thermodynamik und ihre Bilanzgleichungen.- 1.1 Di Felder der Mechanik und Thermodynamik.- 1.1.1 Massendichte, Geschwindigkeit und Temperatur.- 1.1.2 Historisches zur Temperatur.- 1.2 Bilanzgleichungen.- 1.2.1 Die Erhaltungssätze der Thermodynamik.- 1.2.2 Bilanzen für abgeschlossene und offene Systeme.- 1.2.3 Lokale Bilanzen in regulären Punkten und auf singulären Flächen.- 1.3 Massenbilanz.- 1.3.1 Integrale und lokale Massenbilanzen.- 1.3.2 Beispiel zur Massenbilanz: Düsenströmung.- 1.4 Impulsbilanz.- 1.4.1 Integrale und lokale Impulsbilanzen.- 1.4.2 Druck.- 1.4.3 Beispiel I zur Impulsbilanz: Druckverlauf in ruhender inkompressibler Flüssigkeit.- 1.4.4 Historisches zu Druck und Luftdruck. Druckeinheiten.- 1.4.5 Beispiel zum Druck: Auftriebsgesetz von Archimedes.- 1.4.6 Beispiel II zur Impulsbilanz: Raketengrundgleichung.- 1.4.7 Beispiel III zur Impulsbilanz: Konvektiver Impulsfluß.- 1.4.8 Beispiel IV zur Impulsbilanz: Düsenströmung.- 1.4.9 Beispiel V zur Impulsbilanz: Bernoulli-Gleiehung.- 1.5 Energiebilanz.- 1.5.1 Kinetische Energie und innere Energie.- 1.5.2 Integrale und lokale Energiebilanzen.- 1.5.3 Beispiel I zum Energiesatz: Düsenströmung.- 1.5.4 Beispiel II zum Energiesatz: Adiabate Drosselung.- 1.5.5 Beispiel III zum Energiesatz: Verdampfung.- 1.5.6 Beispiel IV zum Energiesatz: Fön.- 1.5.7 Beispiel V zum Energiesatz: Turbine.- 1.6 Bilanz der inneren Energie.- 1.6.1 Ableitung aus Energie-, Impuls- und Massenbilanz.- 1.6.2 Kurzform der Energiebilanzen für abgeschlossene Systeme.- 1.7 Erster Hauptsatz für reversible Prozesse. Grundlage der "pdV-Thermodynamik".- 1.7.1 Arbeitsleistung und innere Arbeitsleistung im reversiblen Prozeß.- 1.7.2 Reversible Prozesse.- 1.8 Historisches zum ersten Hauptsatz.- 1.9 Zusammenfassung der Bilanzgleichungen.- 2 Materialgleichungen.- 2.1 Allgemeine Form der Materialgleichungen in Flüssigkeiten, Dampfen und Gasen.- 2.1.1 Notwendigkeit von Materialgleichungen.- 2.1.2 Materialgleichungen für wärmeleitende Flüssigkeiten, Dämpfe und Gase mit innerer Reibung.- 2.2 Bestimmung von Viskosität und Wärmeleitfähigkeit.- 2.2.1 Scherströmung zwischen zwei Platten. Newton'sches Reibungsgesetz.- 2.2.2 Wärmeleitung an Fensterscheibe.- 2.3 Zustandsgleichungen idealer Gase.- 2.3.1 Thermische Zustandsgleichung idealer Gase.- 2.3.2 Historisches zur thermischen Zustandsgleichung idealer Gase.- 2.3.3 Kalorische Zustandsgleichung idealer Gase.- 2.3.4 Historisches zur kalorischen Zustandsgleichung idealer Gase. Der Versuch von Gay-Lussac.- 2.3.5 Eine instruktive Trivialform der kinetischen Gastheorie. Molekulare Deutung von Druck und Temperatur.- 2.3.6 Beispiel I zum idealen Gas: Kolben fällt in Zylinder.- 2.3.7 Beispiel II zum idealen Gas: Heizung eines Zimmers.- 2.3.8 Beispiel III zum idealen Gas: Geschwindigkeit und Temperatur am Austritt eines Föns.- 2.3.9 Beispiel IV zum idealen Gas: Dusenströmung.- 2.3.10 Beispiel V zum idealen Gas: Barometrische Höhenstufe.- 2.3.11 Beispiel VI zum idealen Gas: "Adiabatische Zustandsgleichung".- 2.4 Zustandsgleichungen yon Flüssigkeiten und Dämpfen (ohne Phasenübergang).- 2.4.1 Die Notwendigkeit von Messungen.- 2.4.2 Thermische Zustandsgleichung.- 2.4.3 Kalorische Zustandsgleichung.- 2.4.4 Zustandsgleichungen von flüssigem Wasser.- 2.5 Zustandsdiagramme für Flüssigkeiten und Dämpfe (mit Phasenübergang).- 2.5.1 Das Phanomen des Phasenübergangs "flüssig - dampfförmig".- 2.5.2 Schmelzen und Sublimieren.- 2.5.3 Dampfdruckkurve und (p,T)-Diagramm von Wasser.- 2.5.4 Naßdampfgebiet und (p,v)-Diagramm von Wasser.- 2.5.5 Verdampfungswärme und (h,T)-Diagramm von Wasser.- 2.5.6 Beispiel I zur Verdampfung: Das Einweckglas.- 2.5.7 Beispiel II zur Verdampfung: Der Dampfkochtopf.- 2.5.8 Historisches zur Verflüssigung von Dämpfen und zur Erstarrung von Flüssigkeiten.- 2.5.9 Van-der-Waals-Gleichung.- 3 Reversible Prozesse. Die "pdV-Thermodynamik" bei der Berechnung thermodynamischer Maschinen.- 3.1 Kompressor und Preßluftmaschine. Heißluftmaschine.- 3.1.1 Die Arbeit am Kompressor.- 3.1.2 Der zweistufige Kompressor.- 3.1.3 Die Preßluftmaschine.- 3.1.4 Die Heißluftmaschine.- 3.1.5 Die Dampfmaschine.- 3.2 Arbeit und Wärme bei speziellen reversiblen Prozessen.- 3.2.1 Arbeit und Wärme im reversiblen Prozeß allgemein.- 3.2.2 Arbeit und Wärme in irreversiblen "Isoprozessen" und im adiabaten Prozeß für ideale Gase.- 3.3 Kreisprozesse.- 3.3.1 Wirkungsgrad bei der Umsetzung von Wärme in Arbeit.- 3.3.2 Beispiel I zum Wirkungsgrad. Joule-Prozeß.- 3.3.3 Beispiel II zum Wirkungsgrad. Carnot-Prozeß.- 3.3.4 Beispiel III zum Wirkungsgrad. Ericson-Prozeß.- 3.4 Verbrennungsmotoren.- 3.4.1 Ottomotor.- 3.4.2 Dieselmotor.- 4 Entropie.- 4.1 Der zweite Hauptsatz.- 4.1.1 Formulierung.- 4.1.2 Ergebnisse.- 4.1.3 Der universelle Wirkungsgrad des Carnot-Prozesses.- 4.1.4 Absolute Temperatur als integrierender Faktor.- 4.1.5 Wachstum der Entropie.- 4.1.6 (T,S)-Diagramm und Maximaler Wirkungsgrad des Carnot-Prozesses.- 4.2 Auswertung des zweiten Hauptsatzes.- 4.2.1 Integrabilitätsbedingung.- 4.2.2 Innere Energie und Entropie des Van-der-Waals-Gases und des idealen Gases.- 4.2.3 Alternativformen der Gibbs-Gleichung und der Integrabilitätsbedingung.- 4.2.4 Phasengleichgewicht. Gleichungen von Clausius-Clapeyron.- 4.2.5 Phasengleichgewicht im Van-der-Waals-Gas.- 4.2.6 Temperaturänderung bei adiabater Drosselung. Beispiel: Van-der-Waals-Gas.- 4.2.7 Thermodynamische Stabilitätskriterien.- 4.2.8 Stabilitätsbedingungen.- 4.3 Historisches zum zweiten Hauptsatz.- 4.4 Die Entropie als S = k 1n W.- 4.4.1 Molekulare Deutung der Entropie.- 4.4.2 Entropie eines Gases und eines Polymermoleküls.- 4.4.3 Entropie als ein Maß für Unordnung.- 4.4.4 Das Wachstum der Unordnung.- 4.4.5 Maxwell'sche Verteilungsfunktion.- 4.4.6 Die Entropie eines Gummistabes.- 4.5 Beispiel zu Entropie und zweitem Hauptsatz: Gas und Gummi.- 4.5.1 Gibbs-Gleichung und Integrabilitätsbedingungen für Flüssigkeiten und Festkörper.- 4.5.2 Beispiele für entropische Elastizität.- 4.5.3 Reales Gas und kristallisiertes Gummi.- 4.5.4 Freie Energie von Gasen und Gummis. (p,V)-und(P,L)-Kurven.- 4.5.5 Reversible und hysteretische Phasenübergänge.- 4.6 Historisches zur statistischen Interpretation der Entropie.- 5 Dampfmaschine und Kältemaschinen.- 5.1 Historisches zur Dampfmaschine.- 5.2 Dampfmaschine.- 5.2.1 Das (T,s)-Diagramm.- 5.2.2 Clausius-Rankine-Prozeß im (T,s)-Diagramm.- 5.2.3 Das (h,s)-Diagramm.- 5.2.4 Beispiel: Dampfdurchsatz und Wirkungsgrad einer Dampfkraftanlage.- 5.2.5 Instruktive Versuche zur Erhöhung des Wirkungsgrades.- 5.3 Kältemaschine und Wärmepumpe.- 5.3.1 Prinzip einer Kompressionskältemaschine.- 5.3.2 Beispiel: Berechnung einer Kompressionskältemaschine.- 5.3.3 Wärmepumpe. Ein Beispiel.- 6 Wärmeübertragung.- 6.1 Instationäre Wärmeleitung.- 6.1.1 Wärmeleitungsgleichung.- 6.1.2 Trennung der Variablen.- 6.1.3 Beispiel I: Wärmeleitung in einem Stab der Länge L.- 6.1.4 Beispiel II: Wärmeleitung in einem unendlich langen Stab.- 6.1.5 Beispiel III: Temperaturmaximum in der Nähe eines Wärmepols.- 6.1.6 Historisches zur Wärmeleitung.- 6.2 Wärmetauscher.- 6.2.1 Wärmeübergangszahlen und Wärmedurchgangszahl.- 6.2.2 Temperaturgleichungen in Strömungsrichtung.- 6.2.3 Temperaturverläufe.- 6.3 Wärmestrahlung.- 6.3.1 Phänomene.- 6.3.2 Stefan-Boltzmann-Gesetz.- 6.3.3 Beispiel I zum Stefan-Boltzmann-Gesetz: Temperatur von Sonne und Planeten.- 6.3.4 Beispiel II zum Stefan-Boltzmann-Gesetz: Wärmeaustausch durch Strahlung zwischen ebenen Platten.- 6.3.5 Vergleich von Strahlung und Leitung.- 6.3.5 Historiches zur Wärmestrahlung.- 7 Mischungen und Mischphasen.- 7.1 Chemisches Potential.- 7.1.1 Charakterisierung von Mischungen, Lösungen und Legierungen.- 7.1.2 Das chemische Potential.- 7.1.3 Acht nützliche Eigenschaften des chemischen Potentials.- 7.1.4 Die Meßbarkeit des chemischen Potentials.- 7.2 Mischungen idealer Gase und ideale Mischungen.- 7.2.1 Daltons Gesetz für ideale Gase.- 7.2.2 Vermischungsgrößen UMix, HMix und GMix, Mischungswärme.- 7.2.3 Ideale Mischungen.- 7.2.4 Chemische Potentialfunktionen idealer Mischungen.- 7.3 Osmose.- 7.3.1 Osmotischer Druck in verdünnten Lösungen. Van't Hoff'sches Gesetz.- 7.3.2 Beispiel I zum osmotischen Druck: Pfeffer'sche Säule.- 7.3.3 Beispiel II zum osmotischen Druck: Meerwasserentsalzung.- 7.3.4 Beispiel III zum osmotischen Druck: Physiologische Kochsalzlösung.- 7.3.5 Eine energetische Interpretation der Osmose.- 7.4 Mischphasen.- 7.4.1 Gibbs'sche Phasenregel.- 7.4.2 Freiheitsgrade.- 7.5 Flüssig-Dampf-Gleichgewichte.- 7.5.1 Ideales Raoult'sehes Gesetz.- 7.5.2 Ideale Phasendiagramme binärer Mischungen.- 7.5.3 Henry'sches Absorptionsgesetz.- 7.5.4 Beispiel zum Flüssig-Dampf-Gleichgewicht: Binäre Mischung aus Propan und n-Butan.- 7.5.5 Dampfdruckerniedrigung und Siedepunkterhöhung.- 7.5.6 Aktivität und Fugazität.- 7.5.7 Reales Raoult'sehes Gesetz.- 7.5.8 Aktivitätskoeffizient bei Misehungswärme.- 7.5.9 Bestimmung der Fugazitätskoeffizienten.- 7.6 Legierungen.- 7.6.1 Spezifische freie Enthalpie einer binaren Legierung.- 7.6.2 Gleichgewichtsbedingungen.- 7.6.3 Phasendiagramm bei lückenloser Mischbarkeit.- 7.6.4 Mischungslücke in der festen Phase.- 7.7 Chemisch reagierende Mischungen.- 7.7.1 Stöchiometrie.- 7.7.2 Massenwirkungsgesetz.- 7.7.3 Massenwirkungsgesetz für ideale Mischungen und Mischungen idealer Gase.- 7.7.4 Historisches zum Massenwirkungsgesetz.- 7.7.5 Beispiel I zum Massenwirkungsgesetz idealer Gase: Haber-Bosch-Synthese.- 7.7.6 Historisches zur Haber-Bosch-Synthese.- 7.7.7 Beispiel II zum Massenwirkungsgesetz idealer Gase: Zerfall von Kohlendioxid.- 7.7.8 Gleichgewicht in stöchiometrischen Mischungen idealer Gase.- 7.7.9 Reaktionswärmen.- 7.7.10 Prinzip vom kleinsten Zwang.- 8 Feuchte Luft.- 8.1 Charakterisierung feuchter Luft.- 8.1.1 Feuchtegrad.- 8.1.2 Enthalpie feuchter Luft.- 8.1.3 Tabelle für feuchte Luft.- 8.1.4 Das (h1+x,x)-Diagramm.- 8.2 Einfache Prozesse in feuchter Luft.- 8.2.1 Zufuhr von Wasser.- 8.2.2 Erwärmung.- 8.2.3 Mischen.- 8.2.4 Mischung feuchter Luft mit Nebel.- 8.3 Verdampfungsgrenze und Kühlgrenze.- 8.3.1 Massenbilanz und Verdampfungsgrenze.- 8.3.2 Energiebilanz und Kühlgrenze.- 8.4 Zwei instruktive Beispiele - Sauna und Wolkenuntergrenze.- 8.4.1 Eine Sauna wird klimatisiert.- 8.4.2 Wolkenuntergrenze.- 8.5 Faustregeln.- 8.5.1 Alternative Feuchteangaben.- 8.5.2 Trocken-adiabatischer Temperaturgradient.- 8.5.3 Die Wolkenuntergrenze. Abschätzung.- 8.6 Verdunstung.- 8.6.1 Der Druck von gesättigtem Dampf bei Gegenwart von Luft.- 8.6.2 Verdunstung.- 8.6.3 Zwei Beispiele für Verdunstung.- 9 Ausgesuchte Probleme der Thermodynamik.- 9.1 Tropfen und Blasen.- 9.1.1 Verfügbare freie Energie.- 9.1.2 Notwendige und hinreichende Gleichgewichtsbedingungen.- 9.1.3 Verfügbare freie Energie als Funktion des Radius'.- 9.1.4 Keimbildungsbarriere für Tropfen.- 9.1.5 Keimbildungsbarriere für Blasen.- 9.1.6 Bewertung.- 9.2 Nebel und Woiken. Tropfen in feuchter Luft.- 9.2.1 Problemstellung.- 9.2.2 Verfügbare freie Energie, Gleichgewichtsbedingungen.- 9.2.3 Wasserdampfdruck im Phasengleichgewicht.- 9.2.4 Die Form der verfügbaren freien Energie.- 9.2.5 Keimbildungsbarriere und Tropfenradius.- 9.3 Luftballons.- 9.3.1 Druck-Radius-Charakteristik.- 9.3.2 Stabilität eines Ballons.- 9.3.3 Ein anschauliches Argument zur Stabilität des Ballons.- 9.3.4 Gleichgewichte kommunizierender Ballons.- 9.4 Schall.- 9.4.1 Wellengleichung.- 9.4.2 Lösung der Wellengleichung, d'Alembert-Methode.- 9.4.3 Ebene harmonische Wellen.- 9.4.4 Ebene harmonische Schallwellen.- 9.5 Landau-Theorie der Phasenübergänge.- 9.5.1 Freie Energie und Last als Funktion von Temperatur und Dehnung.- 9.5.2 Phasenübergang erster Ordnung.- 9.5.3 Phasenübergang zweiter Ordnung.- 9.5.4 Phasenübergange unter Last.- 9.5.5 Eine Bemerkung zur Klassifizierung von Phasenübergängen.- 9.6 Schwellen und Schrumpfen von Gelen.- 9.6.1 Phänomen.- 9.6.2 Freie Enthalpie.- 9.6.3 Schwellen und Schrumpfen als Funktion der Temperatur.- 9.7 Gedächtnislegierungen.- 9.7.1 Phänomene und Anwendungen.- 9.7.2 Ein Modell für Gedächtnislegierungen.- 9.7.3 Entropische Stabilisierung.- 9.7.4 Pseudoelastizität.- 9.7.5 Latente Wärme.- 9.7.6 Simulation einer Gedächtnislegierung.- Namen- und Sachverzeichnis.
