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Thermodynamik

Vom Tautropfen zum Solarkraftwerk

AutorRainer Müller
VerlagWalter de Gruyter GmbH & Co.KG
Erscheinungsjahr2014
ReiheDe Gruyter Studium 
Seitenanzahl441 Seiten
ISBN9783110302011
FormatPDF
KopierschutzWasserzeichen/DRM
GerätePC/MAC/eReader/Tablet
Preis39,95 EUR

What is actually happening to that pork cutlet sizzling in the frying pan, or to the cauliflower in the pot? What are the physical and chemical processes that take place during heating? Being able to answer these questions is useful, and not only to improve our cooking. Becoming aware of the physics of cooking inevitably leads us to the actual aim of this book: understanding the laws of thermodynamics.



Rainer Müller, TU Braunschweig.

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Inhaltsverzeichnis
Vorwort5
1 Biologie und Chemie des Kochens11
1.1 Was beim Garen geschieht12
1.2 Gemüse12
1.3 Fleisch15
1.4 Spaghetti kochen – Erhitzen von Stärke19
1.5 Garverfahren21
2 Wasser und Dampf – Kochen im Schnellkochtopf23
2.1 Die Erfindung des Schnellkochtopfs24
2.2 Zustände thermodynamischer Systeme27
2.3 Phasenänderungen beim Erhitzen vonWasser31
2.4 v-T-Diagramm und Verdampfungsenthalpie34
2.5 Sieden bei höherem Druck36
2.6 Kochen im Schnellkochtopf43
3 Phasenübergänge in der Natur – Dampf, Tau und Nebel57
3.1 Geysire58
3.2 Gasgemische68
3.3 Verdampfen und Verdunsten71
3.4 Kochen im Gebirge75
3.5 Luftfeuchtigkeit77
3.6 Taubildung und Taupunkttemperatur80
3.7 Nebel undWolken86
4 Das ideale Gas – Cornelis DrebbelsWunderapparatur89
4.1 Der Apparat von Cornelis Drebbel90
4.2 Die Zustandsgleichung des idealen Gases94
4.3 Drebbels Apparat als Barometer und Thermometer98
5 Fundamentale Konzepte: Kinetische Gastheorie107
5.1 Die Begründung der Thermodynamik aus der klassischen Mechanik108
5.2 Mikroskopisches Modell des idealen Gases109
5.3 Statistische Beschreibung des Drucks110
5.4 Zustandsgleichung des idealen Gases114
5.5 Maxwell-Boltzmann-Verteilung120
5.6 Luft, statistisch betrachtet126
5.7 Brownsche Bewegung131
5.8 Reale Gase137
6 Der erste Hauptsatz – Thermodynamik des Backofens139
6.1 Der Sonntagsbraten als thermodynamisches Problem140
6.2 Systemgrenzen142
6.3 Energieformen144
6.4 Innere Energie145
6.5 Gesamtenergie147
6.6 Wärme und Arbeit148
6.7 Der erste Hauptsatz der Thermodynamik158
6.8 Spezifische Wärmekapazität162
6.9 Spezifische Wärmekapazität von Gasen168
6.10 cV , cp und die Mathematik des ersten Hauptsatzes168
6.11 Wärmekapazitäten und der Gleichverteilungssatz173
6.12 Modelle für Festkörper und Flüssigkeiten178
6.13 Isobare Prozesse und die Enthalpie181
6.14 Erster Hauptsatz für stationäre Fließprozesse183
7 Adiabatische Prozesse – Luftdruck, Thermik undWolken189
7.1 Die barometrische Höhenformel190
7.2 Temperaturmessungen mit Radiosonden196
7.3 Thermik200
7.4 Der adiabatisch-reversible Prozess205
7.5 Der Aufstieg eines Luftpaketes208
7.6 Thermik und Temperaturkurve210
7.7 Feuchtadiabatischer Aufstieg212
7.8 Wolkenbildung213
7.9 Höhenabhängigkeit der Taupunkttemperatur217
8 Thermodynamische Kreisprozesse – Heizen mitWärmepumpen219
8.1 Klimawandel und CO2-Emissionen220
8.2 Mit kalter Luft heizen?222
8.3 Die Carnot-Wärmepumpe225
8.4 Leistungszahl von Wärmepumpen234
8.5 Die Carnot-Wärmekraftmaschine237
8.6 Wärmepumpen zurWohnungsheizung238
8.7 Leistungszahlen in der Praxis240
8.8 Primärenergiebilanz von Wärmepumpen241
8.9 Der Kältemittelkreislauf in einer Wärmepumpe242
8.10 Kältemittel246
8.11 Quantitative Analyse des Kältemittelkreislaufs247
9 Fundamentale Konzepte: Die Entropie als Zustandsgröße251
9.1 Die Qualität der Energie252
9.2 Die Entropie der inkompressiblen Substanz255
9.3 Adiabatische Erreichbarkeit als Ordnungsrelation258
9.4 Die Entropie264
9.5 Die Entropie des idealen Gases267
9.6 Unterirdische Verbindungen270
10 Fundamentale Konzepte: Der zweite Hauptsatz277
10.1 Irreversible Prozesse278
10.2 Bilanzgleichung für die Entropie279
10.3 Der zweite Hauptsatz der Thermodynamik285
10.4 Entropieerzeugung in irreversiblen Prozessen288
10.5 Das Maximum der Entropie290
10.6 Freie Energie und freie Enthalpie291
10.7 Klassische Fassungen des zweiten Hauptsatzes295
10.8 Entropiebilanz für offene Systeme301
11 Fundamentale Konzepte:Mikroskopische Deutung der Entropie305
11.1 Irreversibilität und die Zerstreuung von Energie306
11.2 Makrozustand und Mikrozustände308
11.3 Statistische Mechanik: Das Zählen von Zuständen309
11.4 Das Boltzmann-Einstein-Modell310
11.5 Die Verbindung zur Thermodynamik314
11.6 Die Boltzmann-Verteilung317
11.7 Mikroskopische Begründung der Irreversibilität322
12 Kraftwerksprozesse – Strom von der Sonne325
12.1 Solarkraftwerke in derWüste326
12.2 Grundaufbau eines solarthermischen Kraftwerks332
12.3 Der Kraftwerksprozess334
12.4 Gas-und-Dampf-Kraftwerke343
12.5 Kraft-Wärme-Kopplung344
13 Mechanismen derWärmeübertragung –Windchill345
13.1 Windchillmessungen in der Antarktis346
13.2 Die Mechanismen derWärmeübertragung352
13.3 Wärmeleitung353
13.4 Wärmeübertragung durch Strahlung357
13.5 Wärmeübertragung durch Konvektion370
13.6 Der Behälter von Siple und Passel379
13.7 Thermische Netzwerke385
14 InstationäreWärmeleitung – Das perfekte Frühstücksei389
14.1 Die Wärmeleitungsgleichung390
14.2 Die gleichmäßige Erwärmung392
14.3 Morgen bringe ich sie um396
14.4 Warum sich Metall kalt und Holz warm anfühlt403
A Literatur und Bildnachweis411
B Tabellen und Symbolverzeichnis419
Sachregister435

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