Grundlagen der Thermodynamik und Fluidmechanik: Wichtige Konzepte

Reynolds-Zahl: Übergang von laminar zu turbulent

Die Reynolds-Zahl ist ein dimensionsloser Koeffizient, der den Übergang von laminarer zu turbulenter Strömung beschreibt. Sie ist definiert als Re = (2 * R * c * d) / nu, wobei c der Querschnitt und nu die kinematische Viskosität ist. Bei einem kritischen Wert Re_crit ändert sich die Strömung von schichtförmig (laminar) zu turbulent.

Kompressibilitätsfaktor: Abweichung vom idealen Gas

Der Kompressibilitätsfaktor (Z) ist ein Maß für die Abweichung eines realen Gases vom idealen Gasverhalten. Er ist definiert als Z = (P * v) / (R * T), wobei v = V / n das molare Volumen ist.

Tripellinie: Koexistenz von drei Phasen im Gleichgewicht

Die Tripellinie (oder dreifache Linie) steht für Zustände, in denen die drei Phasen (fest, flüssig, gasförmig) einer Substanz im Gleichgewicht koexistieren.

Entropie: Maß für Unordnung und Zufälligkeit im System

Entropie (S) ist ein Maß für die Unordnung oder den Grad der Zufälligkeit in einem System. Für reversible Prozesse ist die Entropieänderung definiert als ΔS = ∫(von 1 bis 2) (dQ / T).

Phasenwechsel: Druck und Temperatur sind abhängig

Während eines Phasenwechsels sind Druck (p) und Temperatur (T) voneinander abhängig.

Dynamischer Viskositätskoeffizient: Einheit und Messung

Der dynamische Viskositätskoeffizient (η) wird in N * s / m² (Newtonsekunden pro Quadratmeter) oder Pascal-Sekunden (Pa·s) gemessen.

Diffusor: Druckerhöhung durch Geschwindigkeitsabnahme

Ein Diffusor ist ein Gerät, das den Druck eines Fluids auf Kosten einer Abnahme seiner Geschwindigkeit erhöht.

Auftriebskraft: Archimedes' Prinzip in Flüssigkeiten

Ein in eine Flüssigkeit eingetauchter Körper erfährt eine senkrecht nach oben gerichtete Auftriebskraft, die dem Gewicht des verdrängten Flüssigkeitsvolumens entspricht (F_A = m_verdrängt * g).

Einfache Systeme: Vernachlässigung von Oberflächeneffekten

Einfache Systeme sind groß genug, um Oberflächeneffekte zu vernachlässigen, und werden nicht durch elektrische, magnetische oder gravitative Felder beeinflusst.

Spezifische Wärme: Energie zur Temperaturerhöhung

Die spezifische Wärme (c) ist die Energiemenge, die erforderlich ist, um die Temperatur einer Einheit Masse einer Substanz um ein Grad zu erhöhen.

Taupunkt: Sättigung der Luft mit Wasserdampf

Der Taupunkt (T_Tau) ist die Temperatur, bei der die atmosphärische Luft mit Wasserdampf gesättigt ist. Er entspricht dem Partialdruck des Wasserdampfs. Wenn die Lufttemperatur auf den Taupunkt sinkt, kondensiert der Wasserdampf, was zur Bildung von Nebel oder Tautropfen führt, z.B. auf einer kalten Spiegeloberfläche.

Zustandspostulat: Zwei unabhängige Eigenschaften definieren

Das Zustandspostulat besagt, dass der Zustand eines einfachen kompressiblen Systems vollständig durch zwei unabhängige, intensive Eigenschaften bestimmt wird.

Latente Wärme: Energie für Phasenwechsel pro Masse

Die latente Wärme (L) ist die Energiemenge pro Masseneinheit, die erforderlich ist, um einen Phasenwechsel (Zustandsänderung) bei konstanter Temperatur und konstantem Druck herbeizuführen. Sie wird berechnet als L = Q / m (Einheit: J/kg).

Reversibler Prozess: Rückkehr in den Ursprungszustand

Ein reversibler Prozess ist ein idealisierter Prozess, bei dem sowohl das System als auch seine Umgebung nach Abschluss des Prozesses in ihren ursprünglichen Zustand zurückversetzt werden können, ohne dass dabei bleibende Änderungen in der Umgebung verbleiben.

Anomalie des Wassers: Ausdehnung beim Gefrieren

Wasser dehnt sich aus, wenn es zu Eis gefriert, nicht schrumpft. Dies ist eine Anomalie des Wassers. Wäre es anders, würde Eis am Boden von Gewässern entstehen und diese von unten nach oben zufrieren, was das Leben im Wasser stark beeinträchtigen würde. Diese Eigenschaft ist thermodynamisch anomal.

Entropie: Zweiter Hauptsatz der Thermodynamik

Die Gesamtentropie eines Systems und seiner Umgebung kann während eines Prozesses niemals abnehmen (Zweiter Hauptsatz der Thermodynamik). Sie nimmt entweder zu oder bleibt bei reversiblen Prozessen konstant.

Druckhöhe: Hydrostatischer Druck durch Flüssigkeitssäule

Die Druckhöhe (h) ist die Höhe einer Flüssigkeitssäule, die einen bestimmten hydrostatischen Druck erzeugen würde. Sie wird berechnet als h = p / (ρ * g), wobei p der Druck, ρ die Dichte der Flüssigkeit und g die Erdbeschleunigung ist.

Geschlossene Wärmetauscher: Wärmeübertragung ohne Mischung

Geschlossene Wärmetauscher sind Geräte, bei denen zwei Fluidströme Wärme austauschen, ohne sich direkt zu vermischen. Beispiele hierfür sind Kühler, Kondensatoren, Verdampfer und Kessel.

Magnus-Effekt: Rotierender Körper in Fluidbewegung

Der Magnus-Effekt tritt auf, wenn ein rotierender Körper sich in einem Fluid bewegt und dabei eine Kraft senkrecht zur Bewegungsrichtung und zur Rotationsachse erfährt.

Qualität (Dampfgehalt): Definition im Nassdampfbereich

Die Qualität (x), auch Dampfgehalt genannt, ist nur für den Nassdampfbereich (zweiphasig: Flüssigkeit und Dampf) definiert und gibt den Massenanteil des Dampfes an.

Trocken- und Feuchtkugeltemperatur: 100% Luftfeuchtigkeit

Die Trockenkugeltemperatur und die Feuchtkugeltemperatur können zusammenfallen, wenn die relative Luftfeuchtigkeit 100% beträgt.

Dichte des Wassers: Maximum bei 4 °C

Die Dichte des Wassers nimmt zwischen 0 °C und 4 °C zu und erreicht ihr Maximum bei 4 °C. Oberhalb von 4 °C nimmt die Dichte wieder ab.

Hydrostatisches Paradoxon: Druck nur von Tiefe abhängig

Das hydrostatische Paradoxon besagt, dass der hydrostatische Druck in einer Flüssigkeit nur von der Tiefe der Flüssigkeit abhängt, nicht von der Form des Gefäßes oder dem Gesamtvolumen der Flüssigkeit. Wenn Flüssigkeit in kommunizierenden Gefäßen unterschiedlicher Form die gleiche Höhe erreicht, ist der Druck am Boden gleich.

Dynamische Höhe: Umwandlung von potenzieller in kinetische Energie

Die dynamische Höhe (h_dyn) ist die Höhe, die einer Flüssigkeitssäule entspricht, deren potenzielle Energie in kinetische Energie umgewandelt werden könnte, um eine bestimmte Geschwindigkeit im freien Fall zu erreichen (h_dyn = v² / (2g)).

Kritischer Punkt: Verschwinden der Phasengrenze

Der kritische Punkt ist der Zustand (Temperatur und Druck), an dem die Dichte der gesättigten Flüssigkeit und des gesättigten Dampfes identisch werden und die Phasengrenze zwischen flüssig und gasförmig verschwindet.

Stokes'sches Gesetz: Reibungswiderstand in viskosen Fluiden

Das Stokes'sche Gesetz beschreibt die Reibungswiderstandskraft (F_R) auf eine Kugel, die sich mit geringer Geschwindigkeit in einem zähen (viskosen) Fluid bewegt. Es ist definiert als F_R = 6 * π * η * r * v, wobei η die dynamische Viskosität, r der Radius der Kugel und v die Geschwindigkeit ist.

Ideales Gas Modell: Zustandsgleichung und Energieabhängigkeit

Das Ideal-Gas-Modell beschreibt das Verhalten eines idealen Gases durch die Zustandsgleichung P * V = R * T. Für ein ideales Gas gilt, dass die innere Energie u nur von der Temperatur T abhängt (u = u(T)) und die Enthalpie h ebenfalls nur von der Temperatur abhängt (h = h(T) = u(T) + R * T).

Spezifische Luftfeuchtigkeit: Masse Wasserdampf zu trockener Luft

Die spezifische Luftfeuchtigkeit (ω) ist das Verhältnis der Masse des Wasserdampfs zur Masse der trockenen Luft in einem Luftgemisch.

Sättigungsgrad: Verhältnis von spezifischer zu Sättigungsfeuchte

Der Sättigungsgrad (φ) ist das Verhältnis der spezifischen Luftfeuchtigkeit (ω) zur spezifischen Sättigungsluftfeuchtigkeit (ω_s) bei einer bestimmten Temperatur (T) und Druck. Er ist eng verwandt mit der relativen Luftfeuchtigkeit.

Kühlschrank vs. Wärmepumpe: Unterschiedliche Ziele

Der Unterschied zwischen einem Kühlschrank und einer Wärmepumpe liegt in ihrem primären Ziel: Ein Kühlschrank entzieht Wärme einem kalten Raum und gibt sie an die Umgebung ab, während eine Wärmepumpe Wärme aus einer kalten Quelle aufnimmt und sie in einen wärmeren Raum abgibt.

Nullter Hauptsatz der Thermodynamik: Thermisches Gleichgewicht

Der nullte Hauptsatz der Thermodynamik besagt: Wenn zwei Systeme jeweils mit einem dritten System im thermischen Gleichgewicht stehen, dann stehen sie auch untereinander im thermischen Gleichgewicht und haben somit die gleiche Temperatur.

Kinematische Viskosität: Verhältnis von dynamischer Viskosität

Die kinematische Viskosität (ν) ist das Verhältnis der dynamischen Viskosität (η) zur Dichte (ρ) eines Fluids (ν = η / ρ).