Sensors and Actuators - Fachbereich Physik der Universität ...

5.9 Wirkungsgrad eines Kreisprozesses (Carnot-Kreisprozess)
Wärmespeicher
Q1 bei T1
Schematische Darstellung des Carnot-Prozesses
Für einen reversiblen Kreisprozess wird der (maximal erreichbare) Wirkungsgrad η beschrieben
über:
η = 1- Q2/Q1 = 1-T2/T1.
Wird T2 festgelegt ((z.B. über den Tripelpunkt von reinem Wasser: die drei Phasen fest, flüssig,
gasförmig stehen bei einem Druck von etwa 6,107mbar und einer Temperatur von 273,16 K,
also bei 0,01 o C, im Gleichgewicht. (Man beachte, dass diese Angabe für einen reinen Stoff gilt,
die Luft muss also abgepumpt werden, um den Tripelpunkt zu messen.)), dann werden Q2 und
Q1 messbar.
5.10 Definition der Temperatur über die statistische Thermodynamik
Wird die mittlere kinetische Energie eines Gasteilchens mit der Zahl n der Teilchen
multipliziert, ergibt sich die Wärme Q.
Für die mittlere kinetische Energie gilt über den Gleichverteilungssatz der Energie:
2
m × v 3
E = = k × T
2 2
mit k: Boltzmannkonstante
m: Masse der Teilchen
v: Teilchengeschwindigkeit
T: Temperatur
Maschine leistet
Volumenarbeit W=p∆V
Bei Raumtemperatur T = 298,15 K beträgt die mittlere kinetische Energie eines Teilchens damit
0,025 eV = 0,4·10 -19 J.
5.11 Thermodynamik von Festkörpereigenschaften
Die Thermodynamik kann nicht nur auf chemische Reaktionen, die vornehmlich in Flüssigkeiten
und Gasen stattfinden, angewandt werden, sondern ganz allgemein auf alle Systeme wie z. B.
Festkörper. Die Thermodynamik beschreibt in allgemeiner Form jede Energie und
Krafteinwirkung: Die Verknüpfung aller auf einen Festkörper (Kristall) wirkenden Kräfte und
Reaktionen sind in folgender Abbildung angegeben. In den drei Ecken des Dreiecks sind die
extern auf den Festkörper wirkenden Kräfte, die Temperatur T, das elektrische Feld E und der
M
Spannungstensor σij gegeben. In den drei inneren Ecken sind die Resultierenden der externen
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Wärmespeicher
Q2 bei T2