zum zweiten hauptsatz -erinnerung: carnot prozess -entropiebetrachtung -formulierungen des 2....
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Zum zweiten Hauptsatz
- Erinnerung: Carnot Prozess
- Entropiebetrachtung
- Formulierungen des 2. Hauptsatzes
- Verallgemeinerung Exergie, Wandelbarkeit
- Exergieverlust und Entropiezunahme beim Mischen
- Anwendung: Deckung des Wärmebedarfs Temperaturniveaux
- Problem: gemischter Speicher
- Schichtspeichers
- Erinnerung: Carnot Prozess
4
3
1
2
3
1
3
43
1
21
4,3
2,1
3
1
4,3
2,1
3,4
1,43,24,32,1
2,14,34,34,32,12,1
:da,
ln
ln
:da11Q
W
:adWirkungsgr
iveaux)Temperaurngleichen zwischen adiab.(:da,
:gesamtArbeit
0,0,
:ritteProzessschisotherme
V
V
V
V
T
T
VV
TmR
VV
TmR
Q
Q
T
T
Q
Q
WWQQW
QQQWQW
i
i
isoth. Schritt adiab. Schritt
Aus: Heering, Martin, Strohrer
- Carnot Prozess
0
:derungenEntropieänder Summe
:essCarnotprozFür
derungEntropieän:
Einführung
:enTemperaturzu Wärmen Verhältnis
1
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T
Q
T
QS
ST
Q
T
Q
T
Q
T
T
Q
Q
T
TCarnot
3)
- Hauptsatz, Formulierungen
Es gibt keine Wärmekraftmaschine die bei den gegebenen Temperaturen der Wärme Zu- und Abfuhr einen höheren Wirkungsgrad hat als der entsprechende Carnot-Prozess.
In einem geschlossenenen System kann die Entropie nicht abnehmen.Bei reversiblen Prozessen bleibt sie konstant.[ der Carnot Prozess ist reversibel ]
- Hauptsatz, Formulierungen
In einem geschlossenenen System kann die Entropie nicht abnehmen.Bei reversiblen Prozessen bleibt sie konstant.[ der Carnot Prozess ist reversibel ]
Bei irreversiblen Prozessen wächst die Entropie an
Beispiel: Mischungsprozesse
K
kJSSSS
SSS
K
Kkg
kgK
kJ
T
TcmS
K
Kkg
kgK
kJ
T
TcmS
K
Kkg
kgK
kJ
T
TcmS
CT
CTCTkgmm
M
M
MM
M
058.0
286.1273
318ln219.4ln
077.1273
353ln119.4ln
151.0273
283ln119.4ln
45:emperaturMischungst
80,10,1
gen Wassermen2 von Mischung :Beipiel
21
21
0
0
22
0
11
2121
Entropie hat ohne äusseren Wärmeaustausch zugenommen: Irreversibler Vorgang !
K
kJSSSS
SSS
K
kJ
K
Kkg
kgK
kJ
T
TcmS
K
kJ
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Entropie hat ohne äusseren Wärmeaustausch zugenommen: Irreversibler Vorgang !
K
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80,10,1
gen Wassermen2 von Mischung :Beipiel
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0
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Entropie hat ohne äusseren Wärmeaustausch zugenommen: Irreversibler Vorgang !
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K
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T
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80,10,1
gen Wassermen2 von Mischung :Beipiel
21
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Entropie hat ohne äusseren Wärmeaustausch zugenommen: Irreversibler Vorgang !
K
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SSS
K
kJ
K
Kkg
kgK
kJ
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K
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Entropie hat ohne äusseren Wärmeaustausch zugenommen: Irreversibler Vorgang !
- Hauptsatz, Formulierungen
In einem geschlossenenen System kann die Entropie nicht abnehmen.Bei reversiblen Prozessen bleibt sie konstant.Bei irreversiblen Prozessen wächst die Entropie an.
- Hauptsatz, Formulierungen
In einem geschlossenenen System kann die Entropie nicht abnehmen.Bei reversiblen Prozessen bleibt sie konstant.Bei irreversiblen Prozessen wächst die Entropie an.
Wärme kann nicht von selbst
von einem Körper niedriger Temperaturauf einen Körper höherer Temperatur übergehen.
Die thermische Energie besteht aus einem Anteil Exergie (umwandelbare Energie)und einem Anteil Anergie.
- Hauptsatz, Formulierungen
In einem geschlossenenen System kann die Entropie nicht abnehmen.Bei reversiblen Prozessen bleibt sie konstant.[ der Carnot Prozess ist reversibel ]
Bei irreversiblen Prozessen wächst die Entropie an
Prozess mit Irreversibilitäten
Entropiebilanz:
Carnotein
irraus
ein
aus
ein
aus
ein
irraus
ein
aus
ein
aus
irrein
ein
aus
aus
Q
ST
T
T
Q
Q
Q
ST
T
T
Q
Q
ST
Q
T
Q
11
adWirkungsgr
0
<0 >0
- Die thermische Energie besteht aus einem Anteil Exergie (umwandelbare Energie)und einem Anteil Anergie
Wandelbarkeit (Nutzbarkeit) wächst mit der Temperaturdifferenz
Ausgleich (Mischung) der Temperaturen reduziert Nutzbarkeit(wenn der Ausgleich nicht über eine (Carnot-)Maschine erfolgt die die Exergie auskoppelt)
AnergieExergie
Exergie
T
T
oben
untenCarnot
1
- Die thermische Energie besteht aus einem Anteil Exergie (umwandelbare Energie)und einem Anteil Anergie
[jenseits der thermodynamischen Maschinen]
Wärmededarf in Gebäuden
HeizungBedarf QHeiz [kWh]T= (?) 70°C, 40°C
WarmwasserBedarf QWW [kWh]T= 60°C
- Wärmededarf in Gebäuden
HeizungBedarf QHeiz [kWh]T= (?) 70°C, 40°C
WarmwasserBedarf QWW [kWh]T= 60°C
Wenn Temperatur einer Wärmequelle < T-Bedarf Anergie
[Wärme kann nicht von selbst von einem Körper niedriger Temperaturauf einen Körper höherer Temperatur übergehen]
nachhelfen (Nachheizung, Wärmepumpe)
- Wärmededarf in Gebäuden
HeizungBedarf QHeiz [kWh]T= (?) 70°C, 40°C
WarmwasserBedarf QWW [kWh]T= 60°C
Wenn Temperatur einer Wärmequelle < T-Bedarf Anergie
Anergieanteil vermindern Temperaturniveaux hoch halten Mischung vemeiden (Entropie !)
- Anergieanteil vermindern Temperaturniveaux hoch halten Mischung vemeiden (Entropie !)
Probleme bei der Energiespeicherung:Beispiel: Beladung des Speichers einer Solaranlage
starke Durchmischung (Simulation)
10 min 30 min
- Anergieanteil vermindern Temperaturniveaux hoch halten Mischung vemeiden (Entropie !)
Probleme bei der Energiespeicherung:Beispiel: Beladung des Speichers einer Solaranlage , Schichtspeicher
- Anergieanteil vermindern Temperaturniveaux hoch halten Mischung vemeiden (Entropie !)
Probleme bei der Energiespeicherung:Beispiel: Beladung des Speichers einer Solaranlage, Schichtspeicher
- Anergieanteil vermindern Temperaturniveaux hoch halten Mischung vemeiden (Entropie !)
Probleme bei der Energiespeicherung:Beispiel: Beladung des Speichers einer Solaranlage , Schichtspeicher
- Anergieanteil vermindern Temperaturniveaux hoch halten Mischung vemeiden (Entropie !)
Probleme bei der Energiespeicherung:Beispiel: Beladung des Speichers einer Solaranlage , Schichtspeicher
- Anergieanteil vermindern Temperaturniveaux hoch halten Mischung vemeiden (Entropie !)
Probleme bei der Energiespeicherung:Beispiel: Beladung des Speichers einer Solaranlage , Schichtspeicher
Das Vermeiden von Entropiezuwachs ist aufwendig !