Verbrennungsvorgang

• Beim Verbrennen wird Sauerstoff verbraucht und es entsteht Kohlenstoffdioxid und Wasserdampf.

• Kohlenstoffdioxid reagiert mit Kalkwasser, und es entsteht ein weißer Feststoff, Kalciumcarbonat, der als weißer Niederschlag ausfällt.

Irreversible Prozesse

• Beispiele:

• Wärme fließt von warm zu kalt. (2. H.S.)

• Gase vermischen sich.

• Glas fällt auf den Boden, Schlitten rutscht den Berg runter, …

• Bei irreversiblen Prozessen wird Energie entwertet (z. B. Umwandlung von potentieller Energie in Wärme)

Bedingungen für reversible Prozesse

• Es darf keine mechanische Energie aufgrund von Reibung oder anderen dissipativen (nicht rückgängig zu machenden) Effekten in Wärme umgesetzt werden.

• Es darf keine Wärmeleitung aufgrund von einer Temperaturdifferenz vorliegen.

• Der Prozess muss quasistatisch ablaufen, so dass sich das System stets im Gleichgewicht befindet.

• Bei reversiblen Prozessen ist die Zunahme der Unordnung gleich Null.

• Bei irreversiblen Prozessen geht die Gesamtheit von System und Umgebung in einen Zustand höherer Unordnung über.

• Bei reversiblen Prozessen bleibt die Unordnung konstant.

• Als Maß für die Ordnung (oder Unordnung) eines Systems benutzt man die Größe: Entropie (S)

• Entropieänderungen sind ein Maß für die Irreversibilität von thermodynamischen Prozessen.

Unordnung - Entropie

Wahrscheinlichkeit

• Bei irreversiblen Prozessen hat der Endzustand eine viel höhere Wahrscheinlichkeit als der Endzustand.

• Prinzip von Boltzmann:

Findet in einem abgeschlossenen System ein irreversibler Prozess statt, so wächst dabei die Zahl Ω der gleich wahrscheinlichen Mikrozustände. Bei reversiblen Prozessen bleibt Ω unverändert.

2. Hauptsatz der Thermodynamik:

• Es gibt keinen Prozess, bei dem die Unordnung bzw. Entropie des Universums abnimmt.

• Das Gleichgewicht isolierter thermodynamischer Systeme ist durch ein Maximalprinzip der Entropie ausgezeichnet.

• ∆S = ∫dQ/T

(Wird Wärme zugeführt, ist ∆S positiv - die Entropie nimmt also zu.)

Beispielrechnung

• Masse m fällt aus Höhe h zu Boden• Das isolierte System ist Körper, Boden und

Atmosphäre.• T soll sich nicht merklich ändern• ∆S = Q/T = (mgh)/T• ∆S ist die Entropieänderung des Universums.• Bei jedem irreversiblen Prozess nimmt die

Entropie zu und es wird Energie entwertet, steht also nicht mehr zur Arbeit zur Verfügung.

Wie erhöht sich beim pickenden Specht die Entropie?

Extensive und intensive Zustandsgrößen

• Die Entropie ist eine extensive Zustandsgröße • Extensive Zustandsgrößen: Zustandsgrößen, die

sich mit der Größe des Systems ändern (z. B. Volumen, Entropie, Masse, innere Energie)

• Intensive Zustandsgrößen: Zustandsgrößen, die sich mit der Größe des Systems nicht ändern (z. B.: Temperatur, Druck)

Viertakt-Ottomotor

Zustandsänderungen

Isochore Z. Isobare Z.

Isotherme Z. (T = const.) Rot: Adiabatische Z. (dQ=0)

P

V

Isochore Zustands-änderung

Adiabaten

Der Betrag der geleisteten Arbeit W ist gleich der Fläche unter der P-V-Kurve:

W = -∫PdV=

Qw-Qk

W

Wirkungsgrad (ε) einer Wärmekraftmaschine

• Wirkungsgrad: ε = |W|/|QW|

• Nach dem 2. Hauptsatz der Thermodynamik kann keine Wärmekraftmaschine einen Wirkungsgrad von 1 haben.

• Berechnung des Wirkungsgrades:

• Von Gas geleistete Arbeit: |W| = |QW|-|QK|

• —> ε =1- |QK|/|QW|

Geschichte des Kühlschranks• In China wurde schon vor rund 3000 Jahren die Kälte in

Form von Eisblöcken in die Siedlungen geholt, und im antiken Mittelmeerraum wurde rege mit Eis und Schnee gehandelt.

• Die Römer stellten aus Natureis und Salz eine Kältemischung her, die sie zur Kühlung von Speiseeis nutzten

• Anfang des 19. Jahrhunderts begann in Nordamerika ein eigentlicher Versandhandel mit Natureis, der um das Jahr 1850 auch auf Europa übergriff. Gletschereis aus den Schweizer Alpen und aus Norwegen wurde in Brauereien, Schlachthöfe, Schokoladenfabriken und andere Betriebe geliefert.

• Im Jahre 1876 erfand der deutsche Ingenieur und Erfinder Carl Paul Gottfried von Linde die erste nutzbare Kältemaschine. Sie ähnelte dem heute verwendeten Kompressorkühlschrank. Als Kältemittel wurde für diesen Kühlschrank Ammoniak verwendet, der Kompressor wurde mit einer Dampfmaschine betrieben.

• • 1913 wurde der erste Kühlschrank für den

Hausgebrauch in Chicago (USA) verkauft.

• Seit 1995 dürfen Kohlenwasserstoffe - FCKW (Fluorchlorkohlenwasserstoffe) und FKW (Fluorkohlenwasserstoffe) - als Kälte- und Isoliermittel nicht mehr eingesetzt werden.

Kühlschrank (Kältekraftmaschine)

Kältemittel: Stoffe die bei Normaldruck bei Temperaturen unter 0° C verdampfen, z.B.:

Ammoniak (Siedepunkt: -33°C), Freon (S.:31°C), FCKW

Durch den erhöhten Druck liegt der Siedepunkt des Kältemittels höher.

a) Verdampfer) b)Luftaustrittc) Drosselorgan (Kapillarrohr)d) Druckseitee) Saugseitef) Kondensator (Verflüssiger;gibt Wärme ab)g) Trocknerh) Kompressor (Verdichter)i) Temperaturreglerj) LufteintrittAggregatzustand des Kühlmittels: rot= gasförmig (Dampf) blau= flüssig

Feuerlauf

Feuerlauf

Warum verbrennt man sich nicht:

• Die Kohlenglut ist maximal nur 440° C heiß.• Die Asche, die die Kohlen umhüllt, ist ein

schlechter Wärmeleiter• Durch das Leidenfrostsche Phänomen entsteht

an den Sohlen eine schützenden Dampfschicht.• Die Kontaktzeit beträgt nur zwischen 0,2 und 0,8

sec.• Die Wärme wird im Fuß durch das Blut schnell

weggeleitet.

Worauf achten

• Es werden wenig hochwertige Kohlen verwendet.

• Beim Rennen kann man sich verbrennen, da der Auflagedruck zu groß ist.

• Angst verstärkt unser Schmerzempfinden. Wer unvorbereitet über glühende Kohlen geht, wird auch ohne physikalisch realen Anlass Schmerz empfinden – einfach deshalb, weil er weiß, dass die Kohlen furchtbar heiß sind.

Daneben gegangen…

• Bei einer Weihnachtsfeier verbrannten sich neun Physikstudenten der Universität Frankfurt bei dem Versuch, barfuss über glühende Kohlen zu gehen, die Füße. Ihr Professor wollte beweisen, dass die schlechte Wärmeleitung von Holz einen solchen Gang ermöglichen würde. Der Beweis ging daneben, denn der Professor achtete nicht darauf, dass das Blut wegen der kalten Füße der Studenten  die Wärme nicht schnell genug abtransportieren konnte