Thermodynamische Grundlagen
Die Thermodynamik beschreibt die allgemeine Theorie der Energie- und Stoffumwandlung. Die thermodynamischen Grundlagen beschäftigen sich mit dem Verhalten von Systemen bei Temperaturänderungen.
Thermodynamik
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Die thermodynamischen Zustandsgrößen beschreiben die messbaren Eigenschaften eines Systems. Jeder thermische Gleichgewichtszustand kann über Zustandsgrößen eindeutig beschrieben werden.
Thermodynamische Zustandsgrößen
Experimentelle Einführung in die Temperatur-Messtechnik: Verfahren, Anwendungsbereiche, Charakteristika
Lerninhalte/Übungen
- Grundlagen der Temperaturmessung im Versuch erarbeiten
- verschiedene Verfahren, deren Anwendungsbereiche und Besonderheiten kennenlernen:
- nichtelektrische Verfahren: gas- und flüssigkeitsgefüllte Thermometer, Bimetall-Thermometer, Temperaturmessstreifen
- elektrische Verfahren: Thermoelement, Widerstandsthermometer Pt100, Thermistor NTC
- Bestimmung der Luftfeuchte mit einem Psychrometer
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Untersuchung von instationärem Temperaturverhalten und definierten Temperatursprüngen
Lerninhalte/Übungen
- verschiedene Temperaturmessverfahren kennenlernen:
- nichtelektrische Verfahren: Flüssigkeitsthermometer, Bimetallthermometer
- elektrische Verfahren: Thermoelement Typ K, Widerstandsthermometer Pt100, Thermistor NTC
- Bestimmung der Luftfeuchte mit einem Psychrometer
- Funktion der einzelnen Temperaturmessinstrumente kennenlernen
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Messung von Über- und Unterdruck mit verschiedenen Messgeräten
Lerninhalte/Übungen
- 2 verschiedenen Messverfahren kennenlernen:
- unmittelbares Verfahren mit U-Rohr-Manometer und Schrägrohrmanometer
- mittelbares Verfahren mit Rohrfedermanometer
- Funktionsweise eines Rohrfedermanometers
- mechanische Manometer kalibrieren
Klimakammer mit einstellbarer Feuchte; vier Messverfahren im Vergleich
Lerninhalte/Übungen
- Messmethoden der Luftfeuchtemessung
- psychrometrische Feuchtemessung
- hygrometrische Feuchtemessung
- kapazitive Feuchtemessung
- Kenngrößen zur Beschreibung der Luftfeuchte
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isotherme und isochore Zustandsänderung von Luft
Lerninhalte/Übungen
- Gesetzmäßigkeiten der Zustandsänderungen von Gasen im Versuch erarbeiten
- isotherme Zustandsänderung, Gesetz von Boyle-Mariotte
- isochore Zustandsänderung, 2.Gesetz von Gay-Lussac
Bestimmung des Adiabatenexponenten nach Clément-Desormes
Lerninhalte/Übungen
- Bestimmung des Adiabatenexponenten nach Clément-Desormes
- adiabatische Zustandsänderung von Luft
- isochore Zustandsänderung von Luft
Wärmeübertragung findet auf zwei grundsätzlich unterschiedliche Arten statt. Dabei wird zwischen stoffgebunden (Konvektion und Wärmeleitung) und nicht stoffgebunden (Strahlung) unterschieden.
Wärmetransport
Untersuchung der Wärmeleitfähigkeit unterschiedlicher Metalle
Lerninhalte/Übungen
- Zeitverlauf bis zum Erreichen des stationären Zustandes beschreiben
- Wärmeleitfähigkeit λ unterschiedlicher Metalle berechnen
- Wärmewiderstand der Probe berechnen
- Wärmeübertragung bei Reihenschaltung verschiedener Proben
- Einfluss der Probenlänge auf die Wärmeübertragung
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Bestimmung der Wärmeleitfähigkeit bei gasförmigen und flüssigen Fluiden
Lerninhalte/Übungen
- stationäre Wärmeleitung in Gasen und Flüssigkeiten:
- Wärmewiderstand von Fluiden ermitteln
- Bestimmung von Wärmeleitfähigkeiten λ für verschiedene Fluide bei verschiedenen Temperaturen
- instationäre Wärmeleitung in Fluiden:
- instationäre Zustände beim Aufheizen und Abkühlen interpretieren
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Wärmeleitung und Konvektion am Beispiel einer Kühlrippe untersuchen
Lerninhalte/Übungen
- Einfluss von Wärmeleitung und Konvektion auf die Wärmeübertragung
- Einfluss freier und erzwungener Konvektion auf die Wärmeübertragung
- Wärmeübergänge berechnen
- Einfluss verschiedener Werkstoffe auf die Wärmeleitung
- Einfluss der Probenlänge auf die Wärmeübertragung
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Wärmeübergänge an unterschiedlichen Geometrien berechnen: flache Platte, Zylinder, Rohrbündel
Lerninhalte/Übungen
- freie und erzwungene Konvektion
- Wärmeübergänge an unterschiedlichen Geometrien berechnen
- flache Platte
- Zylinder
- Rohrbündel
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Einfluss unterschiedlicher Oberflächen auf die Wärmeübertragung
Lerninhalte/Übungen
- Lambert’sches Entfernungsgesetz nachweisen
- Stefan-Boltzmann-Gesetz nachweisen
- Kirchhoff’sches Gesetz nachweisen
- instationäres Verhalten untersuchen
- Leistungsbilanzen erstellen
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Untersuchung von Wärme- und Lichtstrahlung; Wärmestrahler und Thermosäule zur Untersuchung der Wärmestrahlung
Lerninhalte/Übungen
- Lambert’sches Richtungsgesetz
- Lambert’sches Entfernungsgesetz
- Stefan-Boltzmann-Gesetz
- Kirchhoff’sche Gesetze
Untersuchung der Wärmeleitung in festen Körpern
Lerninhalte/Übungen
- lineare Wärmeleitung (ebene Wand)
- Ermittlung von Temperaturprofilen bei unterschiedlichen Materialien
- Ermittlung des Temperaturprofils bei einer Störung
- Ermittlung der Wärmeleitfähigkeit λ
- radiale Wärmeleitung
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Untersuchung der Dämmeigenschaften typischer Materialien aus dem Baustoffbereich
Lerninhalte/Übungen
- Bestimmung der Wärmeleitfähigkeit λ unterschiedlicher Materialien
- Ermittlung des Wärmewiderstands
- Wärmeleitfähigkeit λ bei Reihenschaltung mehrerer Proben (bis zu einer Dicke von 50mm)
lineare Wärmeleitung in metallischen Proben; Temperaturverteilung im instationären Zustand
Lerninhalte/Übungen
- Wärmeleitung im stationären Fall
- Wärmeleitung im instationären Fall
- Temperatur-Zeit-Verläufe
- Wärmeleitfähigkeit λ unterschiedlicher Metalle berechnen
Wärmeübertragung zwischen Heizelement und Behälterwand durch Konvektion und Strahlung
Lerninhalte/Übungen
- Versuche im Vakuum
- Wärmeübertragung durch Strahlung
- Bestimmung des Strahlungskoeffizienten
- Versuche bei Umgebungs- bzw. Überdruck
- Wärmeübertragung durch Konvektion und Strahlung
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Einen gasförmigen, flüssigen oder festen Zustand nennt man Phase. Als Phasenumwandlung bezeichnet man den Übergang von einer in eine andere Phase.
Phasenübergang
Druck- und Temperaturmessung an einem Dampfkessel
Lerninhalte/Übungen
- Aufnahme der Dampfdruckkurve von Wasser
- Darstellung des Zusammenhangs zwischen Druck und Temperatur in einem geschlossenen System
- Temperatur- und Druckmessung
Aufnahme der Dampfdruckkurve von Wasser, softwareunterstützte Versuchsdurchführung und Auswertung
Lerninhalte/Übungen
- Aufnahme der Dampfdruckkurve von Wasser
- Darstellung des Zusammenhangs zwischen Druck und Temperatur in einem geschlossenen System
- Temperatur- und Druckmessung
verschiedene Siedeformen in einem von außen beheizten Rohr
Lerninhalte/Übungen
- Untersuchung der typischen Strömungsformen bei Verdampfung
- einphasige Flüssigkeitsströmung
- unterkühltes Sieden
- Kolbenblasenströmung
- Ringströmung
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Visualisierung unterschiedlicher Siedeformen in einem transparenten Druckbehälter
Lerninhalte/Übungen
- Visualisierung unterschiedlicher Siedeformen
- stilles Sieden
- Blasensieden
- Filmsieden
- Wärmeübergang
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Messung des Wärmeübergangs bei Tröpfchen- und Filmkondensation
Lerninhalte/Übungen
- Tropfen- und Filmkondensation
- Bestimmung des Wärmeübergangskoeffizienten
- Einfluss von Druck, Temperatur und nichtkondensierenden Gasen auf den Wärmeübergangskoeffizienten
