Übungsbuch Thermodynamik für Dummies

Jeder Studierende braucht Übungsaufgaben - zur Thermodynamik allemal! Gute, gezielte Aufgaben und Übungen tragen enorm zum tieferen Verständnis bei. Selbst wenn es zunächst noch nicht so klappt: In diesem Buch werden die Lösungen der Aufgaben und Beispiele vollständig durchgerechnet, auf Grundbeziehungen zurückgeführt und methodisch erklärt. Nach einigen Beispielen werden Lösungsstrukturen ersichtlich. Das schafft Lösungssicherheit und ein gutes Gefühl vor der nächsten Prüfung.

Autorentext
Raimund Ruderich war bis zu seiner Pensionierung Professor für Thermo- und Fluiddynamik an der Hochschule Ulm. Der Spezialist für Brennstoffzellensysteme, der 2008 mit dem Landeslehrpreis Baden-Württemberg ausgezeichnet wurde, ist auch im Ruhestand weiter als Lehrbeauftragter an der Hochschule Ulm tätig.

Inhalt

Über den Autor 7

Danksagung 7

Einleitung 21

Über dieses Buch 21

Konventionen in diesem Buch 21

Törichte Annahmen über die Leser 22

Wie dieses Buch aufgebaut ist 22

Teil 1: Grundlegendes (Kapitel 1, 2, 3) 23

Teil 2: Fluide, die in Bewegung sind (Kapitel 4, 5, 6, 7) 23

Teil 3: Energiebilanzen mit realen und idealen Gasen (Kapitel 8, 9, 10, 11, 12) 23

Teil 4: Zustandsänderungen der Stoffe (Kapitel 13 und 14) 24

Teil 5: Kreisprozesse mit Gasen und Wasserdampf (Kapitel 15, 16, 17) 24

Top-Ten-Teil (Kapitel 18) 24

Lösungen zu den Übungsaufgaben 24

Symbole, die in diesem Buch verwendet werden 25

Wie es weitergeht 25

TEIL I GRUNDLEGENDES 27

Kapitel 1 Bausteine der Thermodynamik 29

Atome und Moleküle 29

Temperatur 𝜗 und absolute Temperatur T 31

Volumenausdehnungskoeffizienten der Stoffe 33

Der Druck in Flüssigkeiten und Gasen 35

Hydrostatischer Druck in einer Flüssigkeit 36

Den Druck eines Gases mit einem Schrägrohrmanometer messen 40

Norm- und Standardzustand eines Gases 41

Normzustand eines Gases 42

Standardzustand eines Gases43

Die Stoffmenge einer Substanz 43

Das Molvolumen 44

SI-Einheiten 45

Umrechnungstafel der abgeleiteten Einheiten 46

Kohärente und inkohärente Einheiten 46

Übungsaufgaben 47

Aufgabe 1.1: Einheiten umrechnen 47

Aufgabe 1.2: Die Stoffmenge in einem Kilogramm Wasser berechnen 47

Aufgabe 1.3: An einem schrägen U-Rohrschenkel die Ablesegenauigkeit erhöhen 47

Aufgabe 1.4: Eine einfache Druckerhöhung bewerkstelligen 48

Aufgabe 1.5: Den Druckabfall in einer Wasserleitung berechnen 48

Kapitel 2 Wärmekapazitäten 51

Wärmekapazitäten der Gase 51

Mittlere spezifische Wärmekapazitäten 54

Tabellierte mittlere Wärmekapazitäten 56

Wärmekapazitäten der Flüssigkeiten und Festkörper 60

Übersicht: Wärmekapazitäten der Stoffe 61

Experimentelle Bestimmung der Wärmekapazität c𝑝 62

Übungsaufgaben 64

Aufgabe 2.1: Mittlere spezifische Wärmekapazität bei konstantem Volumen 64

Aufgabe 2.2: Warmwasser bereitstellen 65

Aufgabe 2.3: Die Wärmekapazität einer Sodalösung berechnen 65

Kapitel 3 Ideale Gase 67

Eigenschaften eines idealen Gases 67

Die Grundform der idealen Gasgleichung 68

Historische Entwicklung der idealen Gasgleichungen 69

Ideale Gasgleichungen (Thermische Zustandsgleichungen) 71

Übungsaufgaben 79

Aufgabe 3.1: Das Molvolumen aus der Dichte eines Gases berechnen 79

Aufgabe 3.2: Molmasse eines H-Atoms bestimmen 79

Aufgabe 3.3: Stoffmenge eines Salzkristalls 80

Aufgabe 3.4: Massenstrom berechnen 80

Aufgabe 3.5: Luftfederung 81

Aufgabe 3.6: Druckausgleich bei verschiedenen Gasen 81

Aufgabe 3.7: Einen Gasbehälter auf Dichtheit prüfen 82

Aufgabe 3.8: Ein Kilogramm Gas im Normzustand einschließen 82

Aufgabe 3.9: Ein dreistufiger Verdichtungsprozess 83

Aufgabe 3.10: Eine luftgefüllte Stahlflasche kühlt sich ab 83

Aufgabe 3.11: Sauerstoff in Flaschen umfüllen 83

Aufgabe 3.12: Dauerbelastung eines pneumatischen Stoßdämpfers 83

Aufgabe 3.13: Masse und Stoffmenge 84

Aufgabe 3.14: Norm- und Standardzustand 84

Aufgabe 3.15: Außergewöhnlicher Verdichtungsprozess 84

Aufgabe 3.16: Masse und Dichte einer Stoffmenge 85

Aufgabe 3.17: Zum 1. Gesetz von Gay-Lussac (Gesetz von Charles) 85

Aufgabe 3.18: Relative Zustandsgrößen berechnen 86

TEIL II FLUIDE, DIE IN BEWEGUNG SIND 87

Kapitel 4 Mischungen idealer Gase 89

Die Konzentration einer Substanz in einer Mischung 89

Massenkonzentration 90

Stoffkonzentration 90 Volumenkonzentration 92</p&g...