19. Stoffe und deren thermodynamische Beschreibung – Materialgesetze

In den Kap. 17 und 18 haben wir zunächst wichtige grundlegende Beziehungen in der Thermodynamik und die Hauptsätze der Thermodynamik kennengelernt. Bisher wurde noch nicht über das Arbeitsfluid gesprochen, das wir bei einem speziellen Prozess untersuchen wollen. Führen wir z. B. eine isobare Zustandsänderung von 1 nach 2 durch, so müssen wir festlegen mit welchem Stoff das geschieht. Die umgesetzten Wärmen und Arbeiten führen ja nach dem ersten Hauptsatz der Thermodynamik zu einer Änderung der inneren Energie. Die innere Energie ist wiederum verknüpft mit den Zustandsgrößen Temperatur und Druck. Dieser Zusammenhang wird für jeden Stoff (jedes Arbeitsfluid) unterschiedlich sein. Aus diesem Grund wollen wir uns in diesem Kapitel eingehend mit der thermodynamischen Beschreibung von Stoffen beschäftigen. Zunächst wird das Verhalten realer Stoffe vorgestellt, und es werden allgemeine Zustandsgleichungen entwickelt. Diese werden danach für ideale und reale Gase und reale Arbeitsfluide im Nassdampfgebiet angewandt. Hierbei werden wir auch kennenlernen, wann wir den betrachteten Stoff vereinfacht betrachten können (z. B. als ideales Gas) und wann wir kompliziertere Gleichungen heranziehen müssen, um ihn zu beschreiben.