Polytropenkoeffizient

Zusammenfassende Erläuterung

Ein Hydraulikspeicher stellt eine Möglichkeit der Energiespeicherung dar. Das Speicherprinzip beruht dabei darauf, dass in zwei voneinander getrennt abgeschlossenen Räumen zwei verschiedene Stoffe, nämlich einmal eine nicht kompressible Flüssigkeit (z.B. Hydrauliköl), zum anderen ein kompressibles Gas (z.B. Stickstoff) komprimiert wird. Bei diesem Kompressionsvorgang wird sich der Raum, in dem sich das kompressible Gas befindet, verkleinern, der andere Raum mit der Flüssigkeit wird sich volumenmäßig nicht verändern.

 

Einzelbetrachtungen

Polytropenkoeffizient

Wenn ein gasförmiger Stoff komprimiert oder entspannt wird, erfährt er dabei eine Zustands Änderung. Sowohl seine thermischen Zustandsgrößen (Druck, Temperatur und Volumen), als auch seine kalorischen Zustandsgrößen (innere Energie, Enthalpie und Entropie) verändern sich. Durch mathematische Herleitungen, die auch durch Versuche bestätigt wurden, kann festgestellt werden, dass das Produkt aus Volumen potenziert mit einer veränderlichen Konstanten, multipliziert mit dem dabei herrschenden Druck, immer konstant ist. Dies veränderliche Konstante, die in Potenz zum Volumen steht, wird als Polytropenkoeffizient bezeichnet. Dieser Koeffizient, man bezeichnet ihn bei mathematischen Gleichungen mit n, kann den Wert jeder beliebigen positiven oder negativen reellen Zahl annehmen. Durch Messung der Drücke und der Volumina, jeweils vor und nach einer Zustands Änderung lässt sich dieser Koeffizient mathematisch bestimmen.

 

Erster Hauptsatz der Wärmlehre

Der erste Hauptsatz der Wärmelehre beschreibt das Prinzip von der Erhaltung der Energie in einem abgeschlossenen System, in welchem der Gesamtbetrag der Energie weder vergrößert noch verkleinert werden kann. Es ist lediglich möglich, verschiedene Energiearten von einer Form in eine andere umzuwandeln. Die Gültigkeit dieses ersten Hauptsatzes der Wärmelehre beruht auf Erfahrungstatsachen und ist ein nicht beweisbares Axiom.

 

Zweiter Hauptsatz der Wärmelehre

Der zweite Hauptsatz der Wärmelehre beinhaltet im Wesentlichen die Feststellung, dass bei den Umwandlungsmöglichkeiten der verschiedenen Energiearten erhebliche Unterschiede bestehen. Es gibt Energien, die sich leicht in eine andere Form bringen lassen und andere, die überhaupt nicht umwandelbar sind. Als Beispiel sei hier die Umwandlung von kinetischer Energie in Wärmeenergie genannt, welche durch Reibung ohne Zusatzmaßnahmen dauernd erfolgt. Die Rückgewinnung dieser Wärmeenergie in kinetische Energie ist normalerweise nicht mehr möglich.

 

Innere Energie

Die innere Energie eines Stoffes stellt eine an die betreffende Materie gebundene Zustandsgröße dar. Zu ihr gehören die thermische Bewegungsenergie (Wärmeenergie), die chemische Bindungsenergie des Molekülaufbaus und die atomare Energie. Jedoch ist in technischen Prozessen, nicht zu verwechseln mit einer Zustands Änderung, nur die jeweilige Änderung der inneren Energie von Bedeutung. Daher ist auch der Nullpunkt der inneren Energie nicht definiert und wird für Tabellenangaben durch Vereinbarung festgelegt.

 

Enthalpie

Mit Enthalpie bezeichnet man die Summe aus innerer Energie und der Verschiebearbeit. Die Verschiebearbeit wird dabei durch das Produkt aus Druck und Volumen gebildet. Da auch bei der Enthalpie in technischen Prozessen nur deren jeweilige Änderung interessant ist, besteht auch hier nur ein durch Vereinbarung festgelegter Nullpunkt, welcher aus Tabellen entnommen werden kann.

 

Entropie

Mit Entropie wird eine Zustandsgröße bezeichnet, die bei irreversiblen Prozessen wächst, bei reversiblen Prozessen gleich bleibt und niemals abnimmt. Mathematisch formuliert ist die Entropie Änderung eines Prozesses der Quotient aus ausgetauschter Wärmemenge und der Absoluttemperatur in Kelvin.