Systeme und Zustandsgrößen
Allgemeines
Die Thermodynamik ist ein ingenieurwissenschaftliches Grundlagenfach. Sie hat sich aus ihren Anfängen als Wärmelehre inzwischen zu einer allgemeinen Energielehre entwickelt. Ingenieure und Physiker haben dabei die im Zusammenhang mit der Energie stehenden Beobachtungen als zentrale Erfahrungssätze formuliert. Der bereits erwähnte Energieerhaltungssatz ist ein derartiges, empirisch gefundenes Naturgesetz, das als erster Hauptsatz der Thermodynamik bezeichnet wird. In der Thermodynamik werden bestimmte Fachbegriffe benutzt, um die auftretenden Sachverhalte präzise beschreiben zu können.
Systeme und Zustandsgrößen
Als technisches System bezeichnet man einen abgegrenzten Bereich einer technischen Anlage, der genauer betrachtet wird. Dieser Bereich, das System, wird durch genau festgelegte Systemgrenzen von der Umgebung abgegrenzt. Die Systemgrenzen können real oder auch nur gedacht sein.
Werden bei einem technischen System energetische Betrachtungen angestellt, so bezeichnet man es als thermodynamisches System. Dabei wird zwischen offenen, geschlossenen und abgeschlossenen Systemen unterschieden. Offene Systeme können mit der Umgebung sowohl Stoff als auch Energie austauschen, z.B. eine Dampfturbine. Der Dampfturbine wird Dampf (Stoff/Materie und Energie) aus der Umgebung zugeführt und die Dampfturbine gibt mechanische Arbeit (Energie) und Stoff (Dampf) an die Umgebung ab. Geschlossene Systeme können nur Energie mit der Umgebung austauschen. Der oben dargestellte, gasgefüllte Arbeitszylinder mit verschiebbarem Kolben ist das hier verwendete Standardmodell für ein konkretes geschlossenes thermodynamisches System. Tauscht das System weder Stoff noch Energie mit der Umgebung aus, wird es als abgeschlossenes oder adiabatisches System bezeichnet.
Thermodynamische Systeme befinden sich in einem bestimmten Zustand. Sie können in einem heißen oder einem kalten Zustand sein, unter hohem Druck stehen usw. Der Zustand, in dem sich ein System befindet, wird mit Hilfe Zustandsgrößen beschrieben. Das sind physikalische Größen, welche die messbaren Eigenschaften eines Systems angeben. Die wichtigsten Zustandsgrößen sind:
a) Temperatur
b) Druck
c) Volumen
Aufgaben:
1 Informieren Sie sich über diese drei physikalischen Größen.