Thermodynamik im Maschinenbau, Teil I.

Letzte Woche folgten wir Dorothy durch den Wald und sahen zu, wie sich Scarecrow mithilfe der Materialwissenschaften von einer Feuerfalle in eine feste feuerhemmende Glasfaserkomposition verwandelte. Diese Woche werden wir die magische Welt der Thermodynamik erkunden, und niemand kennt die Thermodynamik so gut wie der große und mächtige Oz. Tatsächlich ist er ein echter “Wiz”!

Aber im Ernst, Thermodynamik ist eines der Dinge, die wir in unserem täglichen Leben für selbstverständlich halten. Ohne Thermodynamik hätten wir keine modernen Annehmlichkeiten wie Elektrizität, Klimaanlage oder irgendetwas mit einem Motor, wie Autos, auf die wir scheinbar nicht verzichten können. Die Welt wäre im Wesentlichen wieder im Mittelalter.

Unter Maschinenbauingenieuren oft als “Thermo” bezeichnet, ist Thermodynamik die Wissenschaft, die sich mit Wärme und Arbeit in Prozessen befasst, die in Kraftwerken, Kältekompressoren und Motoren verwendet werden. Thermo befasst sich auch mit den Eigenschaften von Substanzen, die Wärmeenergie absorbieren und abgeben, wie Wasser (Dampf), Kühlmittel und Brennstoffe (Kohle, Benzin, Erdgas usw.).

In der Thermodynamik gibt es grundsätzlich zwei Gesetze, die eingehalten werden müssen. Das erste Gesetz besagt, dass Energie nicht erzeugt oder zerstört werden kann, sondern nur von einer Form in eine andere umgewandelt werden kann. Ein Beispiel für dieses Prinzip bei der Arbeit wäre, wenn Sie Benzin in Ihr Auto geben. Nach dem ersten Hauptsatz der Thermodynamik muss die chemische Energie, die beim Verbrennen von Benzin freigesetzt wird, zu der Arbeitsenergie addiert werden, die der Motor erzeugt, um alle seine Teile zu bewegen und das Auto zu beschleunigen. Das erste Gesetz sieht sozusagen ein Energiebuchhaltungssystem vor. Dieses Prinzip ermöglicht die Analyse und Auslegung von Motoren, Kühlgeräten usw.

Der zweite Hauptsatz der Thermodynamik besagt, dass es unmöglich ist, etwas zu bauen, das 100% effizient ist. Zurück zum obigen Beispiel des Autos: Das zweite Gesetz besagt, dass wir auch Dinge wie Wärmeenergie berücksichtigen müssen, die durch heiße Motorteile und Dämpfe, die aus dem Auspuffrohr austreten, an die Atmosphäre verloren gehen. Diese Wärmeenergie verschwendet im Grunde genommen Benzin und leistet keine nützliche Arbeit, aber es ist ein echtes Phänomen, das bei Konstruktionsarbeiten berücksichtigt werden muss.

Die Thermodynamik kann in verschiedene Untergruppen unterteilt werden, einschließlich Leistungszyklusanalyse, Kühlzyklusanalyse, Stöchiometrie und Psychrometrie. Wir werden sie das nächste Mal erkunden.

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