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Vorlesungen zur Thermodynamik
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Was ist Thermodynamik und wofür braucht man das?
Die Thermodynamik bzw. Wärmelehre beschäftigt sich mit den Eigenschaften der Materie bei unterschiedlichen Temperaturen und den dabei geltenden Gesetzmäßigkeiten. Die wichtigsten makroskopischen und direkt messbaren Größen sind die Temperatur T, das Volumen V und der Druck p. Neben der Aufklärung der Zusammenhänge und Abhängigkeiten zwischen diesen Größen werden in der Wärmelehre außerdem Verknüpfungen mit der Bewegung der Teilchen auf atomarer oder molekularer Ebene hergestellt.
Der Nutzen der Wärmelehre lässt sich bereits im Alltag an vielen Stellen erkennen. So liefert sie z. B. Antworten auf die Fragen, wieviel Energie notwendig ist, um Wasser zum Kochen zu bringen oder welche Ausdehnung eine Bahnschiene bei einer bestimmten Temperaturerhöhung erfährt. Darüber hinaus spielen die Gesetzmäßigkeiten aber vor allem auch bei allen Wärmekraftmaschinen (z. B. Gasturbinen, Dieselmotor, Dampfmaschinen), in der Kälte- und Klimatechnik und in der Energietechnik (z. B. bei Kraftwerken) eine entscheidende Rolle.
Inhalt der Vorlesung
Die Vorlesung umfasst insgesamt 15 Doppelstunden mit den folgenden Schwerpunkten:
- Temperatur, Temperaturmessung
- Ausdehnung und Kontraktion von Körpern bei Temperaturänderung
- Was sind ideale Gase? Wie kann man sie beschrieben? (Zustandsgleichung idealer Gase)
- Wie hängen die messbaren Größen eines Gases mit der Bewegung der Atome und Moleküle zusammen? (Kinetische Gastheorie)
- Wie schnell sind die Teilchen in einem idealen Gas? (Maxwell-Boltzmann-Geschwindigkeitsverteilung)
- Innere Energie und erster Hauptsatz der Thermodynamik
- Wieviel Wärme kann ein Körper speichern: Wärmekapazität
- Zweiter Hauptsatz der Thermodynamik
- Erzeugung von Wärme und Kälte: Wärmekraftmaschinen, Kältemaschinen
- Kreisprozesse, Stirlingmotor, Ottomotor
- Ein Maß für die Unordnung - die Entropie
- Möglichkeiten des Wärmetransports: Wärmeleitung, Konvektion, Wärmestrahlung
Literatur
Lehrbücher
- Halliday, Resnick, Walker: Halliday Physik, Bachelor-Edition, Wiley-VCH
- Tipler, Mosca: Physik für Wissenschaftler und Ingenieure, Springer-Verlag
- Bergmann, Schäfer: Klassische Physik - Mechanik und Wärme, Walter de Gruyter Verlag
- Demtröder: Experimentalphysik 1: Mechanik und Wärme, Springer-Verlag
- Lüders, Pohl: Pohls Einführung in die Physik - Band 1: Mechanik, Akustik und Wärmelehre, Springer-Verlag
Aufgabensammlungen
Erklärvideos im Netz
Link zu OPAL-Kursen mit ergänzenden Vorlesungsunterlagen, Übungsaufgaben und Praktikumsanleitungen
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