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Einführung in die Thermodynamik: Grundprinzipien und Gasgesetze

Thermodynamics Basic Theory Compressed Air Wiki Physics of Air Compressors

Ein interessanter Zweig der Physik ist die Thermodynamik, insbesondere für das Verständnis von Druckluftkompressoren. Dieser Artikel versucht, eine kurze Einführung in die Thermodynamik zu geben, indem die Grundprinzipien sowie die Gasgesetze von Boyle und Charles besprochen werden.

Was sind die Hauptsätze der Thermodynamik?

Energie existiert in verschiedenen Formen, z. B. als physikalische, chemische, elektrische, Wärme- und Strahlungsenergie (Licht usw.). Die Thermodynamik befasst sich mit der Wärmeenergie, d. h. der Fähigkeit, Änderungen in einem System zu bewirken oder Arbeit zu verrichten.

Der erste Hauptsatz der Thermodynamik drückt das Prinzip der Energieerhaltung aus. Dieser besagt, dass Energie weder geschaffen noch zerstört werden kann. Daraus ergibt sich, dass die Gesamtenergie in einem geschlossenen System immer erhalten und somit konstant bleibt und sich lediglich von einer Form in eine andere ändert. So handelt es sich bei Wärme um eine Form von Energie, die aus Arbeit erzeugt oder in diese umgewandelt werden kann.

Der zweite Hauptsatz der Thermodynamik besagt, dass die Natur dazu neigt, einen Zustand einer größeren molekularen Unordnung anzustreben. Die Entropie ist ein Maß dieser Unordnung: Festkörperkristalle, die am regelmäßigsten strukturierte Form von Stoffen, haben sehr niedrige Entropiewerte. Gase, die eher unorganisiert sind, haben hohe Entropiewerte. Die potenzielle Energie von isolierten Energiesystemen, die zur Leistung von Arbeit zur Verfügung steht, nimmt mit zunehmender Entropie ab. Der zweite Hauptsatz der Thermodynamik besagt, dass sich Wärme niemals "von alleine" von einer niedrigeren Temperatur zu einer höheren Temperatur ändert.

Die Gasgesetze von Boyle und Charles

Das Gesetz von Boyle besagt, dass bei konstanter Temperatur (isotherm) das Produkt aus Druck und Volumen konstant ist. (Formel)

Das Gesetz von Boyle besagt, dass bei konstanter Temperatur (isotherm) das Produkt aus Druck und Volumen konstant ist.

Das Gesetz von Charles besagt, dass bei konstantem Druck (isobar) das Volumen eines Gases direkt proportional zur Temperaturänderung ist. (Formel)

Das Gesetz von Charles sagt, dass bei konstantem Druck (isobar) das Volumen eines Gases direkt proportional zur Temperaturänderung ist.

Das allgemeine Gesetz für den Zustand von Gasen ist eine Kombination der Gesetze von Boyle und Charles. Damit wird beschrieben, wie sich Druck, Volumen und Temperatur gegenseitig beeinflussen. (Formel)

Das allgemeine Gesetz für den Zustand von Gasen ist eine Kombination der Gesetze von Boyle und Charles. Damit wird beschrieben, wie sich Druck, Volumen und Temperatur gegenseitig beeinflussen. Wenn sich eine dieser Variablen ändert, wirkt sich dies auf mindestens eine der beiden anderen Variablen aus.

Die individuelle Gaskonstante R ist nur von den Eigenschaften des Gases abhängig. Wenn eine Masse m des Gases das Volumen V einnimmt, Formel

Die individuelle Gaskonstante R ist nur von den Eigenschaften des Gases abhängig. Wenn eine Masse m des Gases das Volumen V einnimmt, lautet die Formel:

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