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Der 1. Hauptsatz der Thermodynamik—ein Sonderfall der Energiebilanz

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Forschung im Ingenieurwesen, (1994)
DOI: 10.1007/BF02600863

Аннотация

Thermodynamisch ist der 1. Hauptsatz fr geschlossene Systeme als innere Energiebilanz zu verstehen, wobei die nderung der inneren Energie durch Arbeitstransport und Wrmetransport ber die Systemgrenze erfolgt. Die Arbeit wird ber ∫ F(x) dx definiert. Sie beschreibt einen Vorgang und wird in ihren diversen begrifflichen und definitorischen Varianten nicht immer ausreichend genug erklrt. Die Wrme wird meist ber den 1. Hauptsatz definiert. Die Enthalpie wird in zweierlei Hinsicht verwendet: a) Bei einem geschlossenen System fr den Vorgang Volumennderung als Zustandsgre nach Gl. (19), die den Enthalpieinhalt des Systems beschreibt. Dabei hat das bilanzierte Gas bei einer Volumennderung aber nur die innere Energie als Energieinhalt . Die Verschiebe-bzw. Volumennderungsarbeit p ΔVs bei p=konst. ist dagegen in der Umgebung vorhanden. Eine Folge dieser Betrachtung ist auch, da sich die Enthalpie eines volumenkonstanten abgeschlossenen Systems infolge einer chemischen Reaktion ndern kann, obwohl die innere Energie Us konstant bleibt. b) Bei offenen Systemen, fr den Vorgang des inneren Energietransportes durch den Stofftransport ber die Systemgrenze als Vorgangsgre nach Gl. (18). Uϕ ist die mit der Materie des Volumens Vϕ ber die Systemgrenze transportierte innere Energie und Wpv,ϕ die mit dem Ein-/Ausschieben des Materievolumens Vϕ verbundene Verschiebearbeit. Energietechnisch ist es notwendig, den 1. Hauptsatz um zustzliche Energien zu erweitern und ihn besser als Energiestrombilanz zu formulieren, da erst dann die realen Vorgnge auch mit ihren Irreversibilitten erfat werden knnen. Der von Baehr 1 eingeschlagene Weg, den 1. Hauptsatz als Energiebilanz fr die innere Energie Us, die kinetische und potentielle Energie, und Arbeit, Enthalpie und Wrme als Transportgren aufzufassen, entspricht auch dem hier beschriebenen Weg. Es ist sinnvoll, mit einer allgemeinen Energiestrombilanz zu arbeiten, die die Vorgnge der Energiespeicherung, des Energietransportes und, wenn nicht alle Energien bilanziert werden, auch die der Energiewandlung erfat. Dadurch gewinnt man einen allgemeineren Standpunkt, um die in der Literatur verwendeten verschiedenen 1. Hauptstze kritisch vergleichend zu erklren.

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