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Müssen Sie sich schnell ein solides Grundwissen in Thermodynamik aneignen? Dann ist dies genau das richtige Buch für Sie. Wilhelm Kulisch erklärt Ihnen die mathematischen Grundlagen, die Sie für die Thermodynamik brauchen, Zustandsgrößen, -änderungen und -gleichungen sowie die Hauptsätze der Thermodynamik und vieles mehr. Ein Eingangstest soll Ihnen dabei helfen, Ihre individuellen Schwächen aufzudecken, um sie dann gezielt beheben zu können. Mit zahlreichen Beispielen und Übungsaufgaben können Sie Ihr neu erworbenes Wissen dann festigen und überprüfen. Dabei kommt der Autor so schnell wie…mehr
Müssen Sie sich schnell ein solides Grundwissen in Thermodynamik aneignen? Dann ist dies genau das richtige Buch für Sie. Wilhelm Kulisch erklärt Ihnen die mathematischen Grundlagen, die Sie für die Thermodynamik brauchen, Zustandsgrößen, -änderungen und -gleichungen sowie die Hauptsätze der Thermodynamik und vieles mehr. Ein Eingangstest soll Ihnen dabei helfen, Ihre individuellen Schwächen aufzudecken, um sie dann gezielt beheben zu können. Mit zahlreichen Beispielen und Übungsaufgaben können Sie Ihr neu erworbenes Wissen dann festigen und überprüfen. Dabei kommt der Autor so schnell wie möglich auf den Punkt und erklärt dieses manchmal etwas sperrige Thema so verständlich wie möglich.
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Autorenporträt
Wilhelm Kulisch lehrt seit über zehn Jahren Physik an der Universität Kassel. Neben der Technischen Mechanik unterrichtete er lange Zeit auch Nebenfachstudenten in Experimentalphysik.
Inhaltsangabe
Einleitung 21 Teil I: Grundlagen 1 Eine kurze Einführung in die Thermodynamik 27 Definition der Thermodynamik 27 Eine kurze Geschichte der Thermodynamik 28 Makroskopische Thermodynamik und statistische Thermodynamik 30 Die Rolle der Thermodynamik in der Physik und den anderen Naturwissenschaften 31 2 Ein klein wenig Mathematik 33 Absolute Größen, Differenzen und Differentiale 33 Ableitungen und partielle Ableitungen 34 VomDifferential zur Differenz: Integralrechnung 39 Teil II: Die wichtigsten Begriffe der Thermodynamik 3 Alles über Wärmephänomene 43 Wärme führt zur Ausdehnung von Körpern 43 Wärme kann gespeichert werden 46 Wärme kann transportiert werden 51 4 Den Zustand eines System beschreiben: Zustandsgrößen 59 Sie bestimmen den Zustand eines Systems: Die Zustandsgrößen 59 Der Druck wird durch die Bewegung von Teilchen verursacht 60 Auch die Temperatur wird durch Bewegung verursacht 65 Man kann sie mikroskopisch oder makroskopisch angeben: Die Stoffmenge 70 Jedes System enthält Energie: Die innere Energie 72 Eine schwer zu fassende Größe: Die Entropie 73 5 Ab jetzt wird es dynamisch: Zustandsänderungen 77 Der Behälter besitzt einen beweglichen Deckel: Isobare Änderungen 78 Der Behälter besitzt einen festen Deckel: Isochore Änderungen 80 In einem Wärmebad: Isotherme Änderungen 81 Das System ist isoliert: Adiabatische Änderungen 82 Von großer technischer Bedeutung: Isentrope und polytrope Änderungen 86 6 Abstrakt, aber hilfreich: Thermodynamische Potentiale 91 Definition des Begriffs des thermodynamischen Potentials 91 Die wichtigsten thermodynamischen Potentiale 94 Ende der theoretischen Betrachtung: Anwendungen und Beispiele 100 Teil III: Das wichtigste über Gase 7 Die Beschreibung von Gasen: Zustandsgleichungen 107 Es ist zwar eine Näherung, aber eine gute: Das ideale Gasgesetz 108 In der Realität gibt es Abweichungen: Die van-der-Waals-Gleichung 115 Jenseits des Kritischen Punkts ist alles anders 118 8 Freiheitsgrade und Bewegungen: Energetische Betrachtungen 123 Es gibt viele Möglichkeiten, sich zu bewegen: Freiheitsgrade 123 Auch bei der inneren Energie spielen die Freiheitsgrade eine Rolle 128 Nicht alle Teilchen sind gleich schnell: Geschwindigkeitsverteilungen 130 Teil IV: Die Hauptsätze der Thermodynamik 9 Es geht ums Gleichgewicht: Der nullte Hauptsatz 135 Thema des nullten Hauptsatzes: Das thermische Gleichgewicht 135 18 Inhalt Formulierungen des nullten Hauptsatzes 136 Bedeutung und Anwendungen 137 Es geht darüber hinaus: Das thermodynamische Gleichgewicht 138 10 Er beschäftigt sich mit der Energie: Der erste Hauptsatz 141 Thema und Formulierungen 141 Vergleich der Formulierungen 142 Bedeutung und Anwendungen 144 11 Die Entropie kommt ins Spiel: Der zweite Hauptsatz der Thermodynamik 151 Der zweite Hauptsatz der Thermodynamik 151 Vergleich der Formulierungen 152 Die Entropie zum Zweiten 154 Die Entropie und die Ordnung 157 Ein kurzer Ausflug in die Welt der Perpetua mobilia 158 12 Der absolute Nullpunkt ist unerreichbar: Der dritte Hauptsatz 161 Zwei Themen: Der Nullpunkt und die Entropie 161 Kurz und knapp: Die Formulierungen 161 Vergleich der Formulierungen 162 Der Nullpunkt und die Entropie 163 Teil V: Thermodynamik in der Praxis 13 Besser geht es nicht: Ideale thermodynamische Prozesse 167 Alles über Prozesse 168 Der theoretisch beste Prozess: Der Carnotprozess 171 Die ideale Gasturbine: Der Joule-Kreisprozess 176 Das ideale Dampfkraftwerk: Der Clausius-Rankine-Prozess 179 Nicht die Arbeit, sondern die Temperatur ist das Ziel: Wärmepumpe und Kältemaschine 181 Inhalt 19 14 Reale Prozesse I: Wärmekraftmaschinen 189 Wärmekraftmaschinen: Eine Übersicht 189 Er bewegt uns seit mehr als 100 Jahren: Der Ottomotor 190 Eine solide Alternative: Der Dieselmotor 195 Pendeln zwischen heiß und kalt: Der Stirlingmotor 199 Ein kurzer Blick auf die Dampfmaschine 203 Vergleich der Wärmekraftmaschinen 205 15 Eher feucht: Die Thermodynamik von Dämpfen und Gasgemischen 209 Dampf ist gasförmiges Wasser 209 Es frischt auf: Die Luftfeuchtigkeit 213 Whiskey on the Rocks: Zweistoffgemische 217 Teil VI: Statistische Thermodynamik 16 Grundlagen der statistischen Thermodynamik 225 Zur Problemstellung 226 Kopf oder Zahl: Zufallsexperimente 227 Je mehr Möglichkeiten es gibt, desto geringer ist die Wahrscheinlichkeit 228 Erwartungswert und Standardabweichung 231 Die Krönung der Statistik: Wahrscheinlichkeitsverteilungen 233 17 Eine statistische Betrachtung der Thermodynamik 239 Mikrozustände und Makrozustände 239 Unvorstellbar viele Möglichkeiten: Der Phasenraum 242 Glossar 251 Lösungen 261 Index 281
Einleitung 21 Teil I: Grundlagen 1 Eine kurze Einführung in die Thermodynamik 27 Definition der Thermodynamik 27 Eine kurze Geschichte der Thermodynamik 28 Makroskopische Thermodynamik und statistische Thermodynamik 30 Die Rolle der Thermodynamik in der Physik und den anderen Naturwissenschaften 31 2 Ein klein wenig Mathematik 33 Absolute Größen, Differenzen und Differentiale 33 Ableitungen und partielle Ableitungen 34 VomDifferential zur Differenz: Integralrechnung 39 Teil II: Die wichtigsten Begriffe der Thermodynamik 3 Alles über Wärmephänomene 43 Wärme führt zur Ausdehnung von Körpern 43 Wärme kann gespeichert werden 46 Wärme kann transportiert werden 51 4 Den Zustand eines System beschreiben: Zustandsgrößen 59 Sie bestimmen den Zustand eines Systems: Die Zustandsgrößen 59 Der Druck wird durch die Bewegung von Teilchen verursacht 60 Auch die Temperatur wird durch Bewegung verursacht 65 Man kann sie mikroskopisch oder makroskopisch angeben: Die Stoffmenge 70 Jedes System enthält Energie: Die innere Energie 72 Eine schwer zu fassende Größe: Die Entropie 73 5 Ab jetzt wird es dynamisch: Zustandsänderungen 77 Der Behälter besitzt einen beweglichen Deckel: Isobare Änderungen 78 Der Behälter besitzt einen festen Deckel: Isochore Änderungen 80 In einem Wärmebad: Isotherme Änderungen 81 Das System ist isoliert: Adiabatische Änderungen 82 Von großer technischer Bedeutung: Isentrope und polytrope Änderungen 86 6 Abstrakt, aber hilfreich: Thermodynamische Potentiale 91 Definition des Begriffs des thermodynamischen Potentials 91 Die wichtigsten thermodynamischen Potentiale 94 Ende der theoretischen Betrachtung: Anwendungen und Beispiele 100 Teil III: Das wichtigste über Gase 7 Die Beschreibung von Gasen: Zustandsgleichungen 107 Es ist zwar eine Näherung, aber eine gute: Das ideale Gasgesetz 108 In der Realität gibt es Abweichungen: Die van-der-Waals-Gleichung 115 Jenseits des Kritischen Punkts ist alles anders 118 8 Freiheitsgrade und Bewegungen: Energetische Betrachtungen 123 Es gibt viele Möglichkeiten, sich zu bewegen: Freiheitsgrade 123 Auch bei der inneren Energie spielen die Freiheitsgrade eine Rolle 128 Nicht alle Teilchen sind gleich schnell: Geschwindigkeitsverteilungen 130 Teil IV: Die Hauptsätze der Thermodynamik 9 Es geht ums Gleichgewicht: Der nullte Hauptsatz 135 Thema des nullten Hauptsatzes: Das thermische Gleichgewicht 135 18 Inhalt Formulierungen des nullten Hauptsatzes 136 Bedeutung und Anwendungen 137 Es geht darüber hinaus: Das thermodynamische Gleichgewicht 138 10 Er beschäftigt sich mit der Energie: Der erste Hauptsatz 141 Thema und Formulierungen 141 Vergleich der Formulierungen 142 Bedeutung und Anwendungen 144 11 Die Entropie kommt ins Spiel: Der zweite Hauptsatz der Thermodynamik 151 Der zweite Hauptsatz der Thermodynamik 151 Vergleich der Formulierungen 152 Die Entropie zum Zweiten 154 Die Entropie und die Ordnung 157 Ein kurzer Ausflug in die Welt der Perpetua mobilia 158 12 Der absolute Nullpunkt ist unerreichbar: Der dritte Hauptsatz 161 Zwei Themen: Der Nullpunkt und die Entropie 161 Kurz und knapp: Die Formulierungen 161 Vergleich der Formulierungen 162 Der Nullpunkt und die Entropie 163 Teil V: Thermodynamik in der Praxis 13 Besser geht es nicht: Ideale thermodynamische Prozesse 167 Alles über Prozesse 168 Der theoretisch beste Prozess: Der Carnotprozess 171 Die ideale Gasturbine: Der Joule-Kreisprozess 176 Das ideale Dampfkraftwerk: Der Clausius-Rankine-Prozess 179 Nicht die Arbeit, sondern die Temperatur ist das Ziel: Wärmepumpe und Kältemaschine 181 Inhalt 19 14 Reale Prozesse I: Wärmekraftmaschinen 189 Wärmekraftmaschinen: Eine Übersicht 189 Er bewegt uns seit mehr als 100 Jahren: Der Ottomotor 190 Eine solide Alternative: Der Dieselmotor 195 Pendeln zwischen heiß und kalt: Der Stirlingmotor 199 Ein kurzer Blick auf die Dampfmaschine 203 Vergleich der Wärmekraftmaschinen 205 15 Eher feucht: Die Thermodynamik von Dämpfen und Gasgemischen 209 Dampf ist gasförmiges Wasser 209 Es frischt auf: Die Luftfeuchtigkeit 213 Whiskey on the Rocks: Zweistoffgemische 217 Teil VI: Statistische Thermodynamik 16 Grundlagen der statistischen Thermodynamik 225 Zur Problemstellung 226 Kopf oder Zahl: Zufallsexperimente 227 Je mehr Möglichkeiten es gibt, desto geringer ist die Wahrscheinlichkeit 228 Erwartungswert und Standardabweichung 231 Die Krönung der Statistik: Wahrscheinlichkeitsverteilungen 233 17 Eine statistische Betrachtung der Thermodynamik 239 Mikrozustände und Makrozustände 239 Unvorstellbar viele Möglichkeiten: Der Phasenraum 242 Glossar 251 Lösungen 261 Index 281
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