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Änderung des Aggregatzustands von Gasen

Thermodynamics Basic Theory Compressed Air Wiki Physics of Air Compressors

Ein interessanter Zweig der Physik ist die Thermodynamik, insbesondere für das Verständnis von Druckluftkompressoren. In diesem Beitrag sprechen wir über die Änderung des Aggregatzustands von Gasen, aber zunächst folgt eine Einführung in die Thermodynamik.

Die fünf verschiedenen Zustandsänderungen

Änderung des Aggregatzustands eines Gases
Änderungen des Aggregatzustands eines Gases können in einem p-V-Diagramm von Punkt zu Punkt verfolgt werden. Für reale Anwendungsfälle sind drei Achsen für die Variablen p, V und T erforderlich. Bei einer Änderung des Aggregatzustands folgen wir einer dreidimensionalen Kurve auf der Fläche im p-, V- und T-Raum. Um die Darstellung zu vereinfachen, betrachten wir normalerweise die Projektion der Kurve in einer der drei Ebenen. Dies ist in der Regel die p-V-Ebene. Fünf verschiedene Zustandsänderungen können betrachtet werden:
  1. Isochore Zustandsänderung (konstantes Volumen)
  2. Isobare Zustandsänderung (konstanter Druck)
  3. Isotherme Zustandsänderung (konstante Temperatur)
  4. Isentrope Zustandsänderung (ohne Wärmeaustausch mit der Umgebung)
  5. Polytrope Zustandsänderung (vollständiger Wärmeaustausch mit der Umgebung)

Was ist die isochore Zustandsänderung?

Formel isochore Zustandsänderung, konstantes Volumen
Die Erwärmung eines Gases in einem geschlossenen Behälter ist ein Beispiel für die isochore Zustandsänderung bei konstantem Volumen.

Was ist die isobare Zustandsänderung?

Formel isobare Zustandsänderung, konstanter Druck
Das Erwärmen eines Gases in einem Zylinder bei einer konstanten Belastung des Kolbens ist ein Beispiel für die isobare Zustandsänderung bei konstantem Druck.

Was ist die isotherme Zustandsänderung?

Formel isotherme Zustandsänderung, Wärmemenge und angewandte Arbeit werden allmählich reduziert, konstante Temperatur
Wenn ein Gas in einem Zylinder isotherm verdichtet wird, muss die Wärmemenge, die der angewandten Arbeit entspricht, allmählich abgeleitet werden. Dies ist nicht praktikabel, da eine solche langsame Zustandsänderung nicht möglich ist.

Was ist die isentrope Zustandsänderung?

Formel isentrope Zustandsänderung, ohne Wärmeaustausch, Gas wird verdichtet oder expandiert
Die isentrope Zustandsänderung tritt auf, wenn ein Gas in einem vollständig isolierten Zylinder ohne Wärmeaustausch mit der Umgebung verdichtet wird. Sie kann auch auftreten, wenn ein Gas sich durch eine Düse so schnell ausdehnt, dass für einen Wärmeaustausch mit der Umgebung keine Zeit bleibt.

Was ist die polytrope Zustandsänderung?

Formel polytrope Zustandsänderung
Bei der isothermen Zustandsänderung findet ein vollständiger Wärmeaustausch mit der Umgebung statt, und bei der isotropen Zustandsänderung findet überhaupt kein Wärmeaustausch statt. In der Realität liegen alle Prozesse irgendwo zwischen diesen Extremen. Dies ist die polytrope Zustandsänderung.
Das Verhältnis bei dieser Zustandsänderung lautet:

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