PCRT.I.E
Inhaltsverzeichnis
1 05 Einmal Rechtsherum im Kreis in der (S,p;N=const)-Ebene
1.1 A Wärme hinein, Qa > 0, Arbeit hinaus, Wa < 0: (N,p1,S1) -> (N,p1,S2)
1.2 B Arbeit hinaus, Wb < 0: (N,p1,S2) -> (N,p2,S2)
1.3 C Wärme hinaus, Qc < 0, Arbeit hinein, Wc > 0: (N,p2,S2) -> (N,p2,S1)
1.4 D Arbeit hinein, Wd > 0: (p2,S1) -> (p1,S1)
1.5 E Wärme gesamt, Qa + Qc > 0: (N,p1,S1) -> (N,p1,S2), (N,p2,S2) -> (N,p2,S1)
1.6 F Arbeit gesamt, Wa + Wb + Wc + Wd < 0: (p1,S1) -> (p1,S2) -> (p2,S2) -> (p2,S1) -> (p1,S1)
1.7 G Verhältnis und Summe der Integrale von dW = -pdV und dQ = +TdS
05 Einmal Rechtsherum im Kreis in der (S,p;N=const)-Ebene
A Wärme hinein, Qa > 0, Arbeit hinaus, Wa < 0: (N,p1,S1) -> (N,p1,S2)
Q a
=
Q p 1 , N ( S 2 , S 1 ) > 0
( a : p , S ; p 1 S 1 → p 1 S 2 ) , d N = 0
( 0 1 )
=
5 2 n R T 0 ( p 1 p 0 ) 2 / 5 [ exp ( 2 5 S 2 n R ) − exp ( 2 5 S 1 n R ) ]
( p , S ; p 1 S 1 → p 1 S 2 ) , d N = 0
=
5 2 n R [ T ( N , p 1 , S 2 ) − T ( N , p 1 , S 1 ) ]
( T ; T 1 1 → T 1 2 ) , d N = 0
=
H ( N , p 1 , S 2 ) − H ( N , p 1 , S 1 )
( H ; H 1 1 → H 1 2 ) , d N = 0
W a
=
W p 1 , N ( S 2 , S 1 ) < 0
( a : p , S ; p 1 S 1 → p 1 S 2 ) , d N = 0
( 0 2 )
=
− n R T 0 ( p 1 p 0 ) 2 / 5 [ exp ( 2 5 S 2 n R ) − exp ( 2 5 S 1 n R ) ]
( p , S ; p 1 S 1 → p 1 S 2 ) , d N = 0
=
− n R [ T ( N , p 1 , S 2 ) − T ( N , p 1 , S 1 ) ]
( T ; T 1 1 → T 1 2 ) , d N = 0
=
− p 1 [ V ( N , p 1 , S 2 ) − V ( N , p 1 , S 1 ) ]
( V ; V 1 1 → V 1 2 ) , d N = 0
=
[ U ( N , p 1 , S 2 ) − H ( N , p 1 , S 2 ) ] − [ U ( N , p 1 , S 1 ) − H ( N , p 1 , S 1 ) ]
( U , H ; [ U − H ] 1 1 → [ U − H ] 1 2 ) , d N = 0
B Arbeit hinaus, Wb < 0: (N,p1,S2) -> (N,p2,S2)
W b
=
W S 2 , N ( p 2 , p 1 ) < 0
( b : p , S ; p 1 S 2 → p 2 S 2 ) , d N = 0
( 0 1 )
=
3 2 n R T 0 [ ( p 2 p 0 ) 2 / 5 − ( p 1 p 0 ) 2 / 5 ] exp ( 2 5 S 2 − S 0 n R )
( p , S ; p 1 S 2 → p 2 S 2 ) , d N = 0
=
3 2 n R [ T ( N , p 2 , S 2 ) − T ( N , p 1 , S 2 ) ]
( T ; T 1 2 → T 2 2 ) , d N = 0
=
U ( N , p 2 , S 2 ) − U ( N , p 1 , S 2 )
( U ; U 1 2 → U 2 2 ) , d N = 0
C Wärme hinaus, Qc < 0, Arbeit hinein, Wc > 0: (N,p2,S2) -> (N,p2,S1)
Q c
=
Q p 2 , N ( S 1 , S 2 ) < 0
( c : p , S ; p 2 S 2 → p 2 S 1 ) , d N = 0
( 0 1 )
=
5 2 n R T 0 ( p 2 p 0 ) 2 / 5 [ exp ( 2 5 S 1 n R ) − exp ( 2 5 S 2 n R ) ]
( p , S ; p 2 S 2 → p 2 S 1 ) , d N = 0
=
5 2 n R [ T ( N , p 2 , S 1 ) − T ( N , p 2 , S 2 ) ]
( T ; T 2 2 → T 2 1 ) , d N = 0
=
H ( N , p 2 , S 1 ) − H ( N , p 2 , S 2 )
( H ; H 2 2 → H 2 1 ) , d N = 0
W c
=
W p 2 , N ( S 1 , S 2 ) > 0
( c : p , S ; p 2 S 2 → p 2 S 1 ) , d N = 0
( 0 2 )
=
− n R T 0 ( p 2 p 0 ) 2 / 5 [ exp ( 2 5 S 1 n R ) − exp ( 2 5 S 2 n R ) ]
( p , S ; p 2 S 2 → p 2 S 1 ) , d N = 0
=
− n R [ T ( N , p 2 , S 1 ) − T ( N , p 2 , S 2 ) ]
( T ; T 2 2 → T 2 1 ) , d N = 0
=
− p 2 [ V ( N , p 2 , S 1 ) − V ( N , p 2 , S 2 ) ]
( V ; V 2 2 → V 2 1 ) , d N = 0
=
[ U ( N , p 2 , S 1 ) − H ( N , p 2 , S 1 ) ] − [ U ( N , p 2 , S 2 ) − H ( N , p 2 , S 2 ) ]
( U , H ; [ U − H ] 2 2 → [ U − H ] 2 1 ) , d N = 0
D Arbeit hinein, Wd > 0: (p2,S1) -> (p1,S1)
W d
=
W S 1 , N ( p 1 , p 2 ) > 0
( d : p , S ; p 2 S 1 → p 1 S 1 ) , d N = 0
( 0 1 )
=
3 2 n R T 0 [ ( p 1 p 0 ) 2 / 5 − ( p 2 p 0 ) 2 / 5 ] exp ( 2 5 S 1 − S 0 n R )
( p , S ; p 2 S 1 → p 1 S 1 ) , d N = 0
=
3 2 n R [ T ( N , p 1 , S 1 ) − T ( N , p 2 , S 1 ) ]
( T ; T 2 1 → T 1 1 ) , d N = 0
=
U ( N , p 1 , S 1 ) − U ( N , p 2 , S 1 )
( U ; U 2 1 → U 1 1 ) , d N = 0
E Wärme gesamt, Qa + Qc > 0: (N,p1,S1) -> (N,p1,S2), (N,p2,S2) -> (N,p2,S1)
Q a + Q c
=
Q p 2 ( S 1 , S 2 ) + Q p 1 ( S 2 , S 1 ) > 0
( a + c : S , p ; 1 1 → 1 2 , 2 2 → 2 1 ) , d N = 0
=
5 2 N k T 0 [ ( p 1 p 0 ) 2 / 5 − ( p 2 p 0 ) 2 / 5 ]
( 0 1 )
× [ exp ( 2 5 S 2 N k ) − exp ( 2 5 S 1 N k ) ]
( S , p ; 1 1 → 1 2 , 2 2 → 2 1 ) , d N = 0
=
5 2 N k [ T ( N , p 2 , S 1 ) − T ( N , p 2 , S 2 ) ]
+ 5 2 N k [ T ( N , p 1 , S 2 ) − T ( N , p 1 , S 1 ) ]
( T ; T 1 1 → T 1 2 → T 2 2 → T 2 1 → T 1 1 )
=
H ( N , p 2 , S 1 ) − H ( N , p 2 , S 2 )
+ H ( N , p 1 , S 2 ) − H ( N , p 1 , S 1 )
( H ; H 1 1 → H 1 2 → H 2 2 → H 2 1 → H 1 1 )
∮ p , S T d S
=
∫ p 1 , S 1 p 1 , S 2 T d S + ∫ p 1 , S 2 p 2 , S 2 T d S + ∫ p 2 , S 2 p 2 , S 1 T d S + ∫ p 2 , S 1 p 1 , S 1 T d S
( S , p ; 1 1 → 1 2 → 2 2 → 2 1 → 1 1 ) , d N = 0
0
=
∫ p 1 , S 2 p 2 , S 2 T d S + ∫ p 2 , S 1 p 1 , S 1 T d S
( S , p ; 1 2 → 2 2 , 2 1 → 1 1 ) , d N = 0
( 0 2 )
∮ p , S T d S
=
∫ S , p 1 , p 2 T d S
( p , S ; 1 1 → 1 2 , 2 2 → 2 1 ) , d N = 0
F Arbeit gesamt, Wa + Wb + Wc + Wd < 0: (p1,S1) -> (p1,S2) -> (p2,S2) -> (p2,S1) -> (p1,S1)
W a + W c
=
W p 2 ( S 1 , S 2 ) + W p 1 ( S 2 , S 1 ) < 0
( p , S ; 1 1 → 1 2 , 2 2 → 2 1 ) , d N = 0
( 0 1 )
=
− n R T 0 [ ( p 1 p 0 ) 2 / 5 − ( p 2 p 0 ) 2 / 5 ]
× [ exp ( 2 5 S 2 n R ) − exp ( 2 5 S 1 n R ) ]
( p , S ; 1 1 → 1 2 , 2 2 → 2 1 ) , d N = 0
=
− n R [ T ( N , p 2 , S 1 ) − T ( N , p 2 , S 2 ) ]
− n R [ T ( N , p 1 , S 2 ) − T ( N , p 1 , S 1 ) ]
( T ; T 1 1 → T 1 2 , T 2 2 → T 2 1 ) , d N = 0
( 0 2 )
=
+ [ U ( N , p 2 , S 1 ) − H ( N , p 2 , S 1 ) ]
− [ U ( N , p 2 , S 2 ) − H ( N , p 2 , S 2 ) ]
+ [ U ( N , p 1 , S 2 ) − H ( N , p 1 , S 2 ) ]
− [ U ( N , p 1 , S 1 ) − H ( N , p 1 , S 1 ) ]
( U , H ; [ U − H ] 1 1 → [ U − H ] 1 2 , [ U − H ] 2 2 → [ U − H ] 2 1 ] )
W b + W d
=
W S 1 ( p 1 , p 2 ) + W S 2 ( p 2 , p 1 ) < 0
( p , S ; 1 2 → 2 2 , 2 1 → 1 1 ) , d N = 0
( 0 3 )
=
− 3 2 n R T 0 [ ( p 1 p 0 ) 2 / 5 − ( p 2 p 0 ) 2 / 5 ]
× [ exp ( 2 5 S 2 n R ) − exp ( 2 5 S 1 n R ) ]
( p , S ; 1 2 → 2 2 , 2 1 → 1 1 ) , d N = 0
=
+ 3 2 n R [ T ( N , p 1 , S 1 ) − T ( N , p 2 , S 1 ) ]
+ 3 2 n R [ T ( N , p 2 , S 2 ) − T ( N , p 1 , S 2 ) ]
( T ; T 1 2 → T 2 2 , T 2 1 → T 1 1 ) , d N = 0
( 0 4 )
=
+ [ U ( N , p 1 , S 1 ) − U ( N , p 2 , S 1 ) ]
+ [ U ( N , p 2 , S 2 ) − U ( N , p 1 , S 2 ) ]
( U ; U 1 2 → U 2 2 , U 2 1 → U 1 1 ) , d N = 0
− ∮ p , S p d V
=
− ∫ p 1 , S 1 p 1 , S 2 p d V − ∫ p 1 , S 2 p 2 , S 2 p d V
− ∫ p 2 , S 2 p 2 , S 1 p d V − ∫ p 2 , S 1 p 1 , S 1 p d V
( p , S ; 1 1 → 1 2 → 2 2 → 2 1 → 1 1 ) , d N = 0
G Verhältnis und Summe der Integrale von dW = -pdV und dQ = +TdS
( 0 1 )
− ∫ p , S 2 , S 1 p d V
/
∫ S , p 1 , p 2 T d S
=
W a + W b + W c + W d Q a + Q c
=
− 1 0 0 %
( p , S ; 1 1 → 1 2 → 2 2 → 2 1 → 1 1 )
( 0 2 )
− ∮ p , S p d V
/
∮ p , S T d S
=
W a + W b + W c + W d Q a + Q c
=
− 1 0 0 %
( p , S ; 1 1 → 1 2 → 2 2 → 2 1 → 1 1 )
( 0 3 )
− ∫ p , S 2 , S 1 p d V
+
∫ S , p 1 , p 2 T d S
=
Q a + W a + W b + Q c + W c + W d
=
0
( p , S ; 1 1 → 1 2 → 2 2 → 2 1 → 1 1 )
( 0 4 )
− ∮ p , S p d V
+
∮ p , S T d S
=
Q a + W a + W b + Q c + W c + W d
=
0
( p , S ; 1 1 → 1 2 → 2 2 → 2 1 → 1 1 )
Übung a
Wie Übung 21.a für die (S,p;N=const)-Ebene.
Übung b
Wir stellen uns vor, wir haben die U ( S , p , N = const ) - und die H ( S , p , N = const ) -Fläche im
( S , p , N = const ) -Koordinatensystem gegeben. Wie berechnen wir W a , W b , W c , W d , Q a , Q c bzw. welchen Flächen entsprechen diese Arbeits- und Wärmeströme? Welche Anforderungen müssen wir an die U - und H -Flächen stellen, damit die Flächen der Arbeits- und Wärmeströme die gleichen Vorzeichen haben, wie es die Vorstellung aus der Betrachtung der Formeln vorgibt?