Verfahrenstechnik für Dummies. Burkhard Lohrengel

Serpentinen des Wanderwegs. Person c hat zufällig seinen Gleitschirm dabei und lässt sich so an den Fuß des Wasserfalls tragen. Wie schnell und gefährlich das ist, hängt von den Windverhältnissen und dem Können des Gleitschirmfliegers ab. Sind alle am Fuß des Wasserfalls angekommen (Zustand 2), werden Sie merken, dass alle wiederum das gleiche Energieniveau aufweisen, sie befinden sich im Zustand 2. Wenn Sie nur Anfangs- und Endpunkt betrachten, ist der Weg völlig unerheblich.

Bei der Zustandsgröße haben Sie nur die potenzielle Energie in Zustand 1 und Zustand 2 betrachtet. Der Weg zwischen diesen beiden Zuständen interessiert Sie nicht. Der Aufwand, mit dem die 3 Personen von Zustand 1 nach Zustand 2 gelangt sind, ist dagegen völlig unterschiedlich. Während Person b wahrscheinlich ziemlich außer Atem, aber völlig unversehrt im Zustand 2 ankommt, musste sich Person a absolut nicht anstrengen. Wie unversehrt sie den Zustand 2 erreicht, bleibt allerdings fraglich. Sie sehen, das Ziel, der Endpunkt, ist entscheidend, nicht der Weg (da wird mancher Wanderer anderer Meinung sein). Betrachten wir allerdings den Prozess, wie die drei Personen von Zustand 1 nach Zustand 2 gekommen sind, hängt dieser natürlich durchaus vom zurückgelegten Weg (der geleisteten Arbeit) ab – dazu gleich mehr.

      Zustandsgrößen

      Ein System wird eindeutig durch die Angabe von Zustandsgrößen beschrieben. Es wird unterschieden zwischen

       intensiven und

       extensiven Zustandsgrößen.

      

Intensive Zustandsgrößen ändern sich bei unterschiedlicher Größe des betrachteten Systems nicht, dies gilt zum Beispiel für Druck p und Temperatur T.

      Extensive Zustandsgrößen sind dagegen zur Teilchenzahl im System proportional, wie zum Beispiel das Volumen V, die Masse m oder die Stoffmenge n.

      Sie können weiterhin unterscheiden in

       thermische und

       kalorische Zustandsgrößen.

       Thermische Zustandsgrößen sind Druck p, Temperatur T, Volumen V und Konzentrationen. Thermische Zustandsgrößen sind direkt messbar.

       Kalorische Zustandsgrößen sind von der »Wärme« abhängig. Dies sind zum Beispiel die innere Energie U, die Entropie S und die Enthalpie H, die Sie später noch näher kennenlernen werden. Kalorische Zustandsgrößen müssen Sie mittels der thermischen Zustandsgrößen berechnen.

      p, V-Diagramm

Um die Abhängigkeit verschiedener Zustandsgrößen voneinander zu zeigen, werden Zustandsdiagramme verwendet. Am gebräuchlichsten ist das p,V-Diagramm, wo der Druck p über dem spezifischen Volumen v mit der Temperatur T als Parameter aufgetragen ist, siehe Abbildung 4.4. In diesem Diagramm können Sie sehr gut Linien erkennen, bei denen eine Zustandsgröße konstant bleibt:

       Isotherme: Linie konstanter Temperatur,

       Isobare: Linie konstanten Drucks und

       Isochore (sprich »Iso-kore«): Linie konstanten Volumens.

Abbildung 4.4 p,V-Diagramm

Prozesse

      

Als Prozess wird die Änderung eines Zustands bezeichnet.

      Bei einem Prozess wird der Energieinhalt eines Systems verändert, das System geht von einem Zustand in einen anderen über. Prozessgrößen beschreiben daher im Gegensatz zu Zustandsgrößen einen Prozessschritt zwischen zwei Zuständen.

      

Bei jedem Prozess ändert sich der Zustand des Systems, es erfolgt eine Zustandsänderung.

      Prozesse können

       stationär oder

        instationär

      ablaufen.

Bei einem stationären Prozess sind die Randbedingungen des Systems zeitlich konstant. Ein instationärer Prozess ist demgegenüber ein Prozess, bei dem sich die Randbedingungen mit der Zeit ändern.

      

Zusammenfassend können Sie Folgendes sagen: Der Prozess ist dafür verantwortlich, dass ein System von einem Zustand in einen anderen überführt wird.