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Innere Energie und Enthalpie eines idealen Gases

1845
  • James Prescott Joule
Laborgerät zur Messung der inneren Energie und der Enthalpie eines perfekten Gases in der Thermodynamik.

(Abbildung dient nur zur Veranschaulichung)

Für ein perfektes GasDie innere Energie ([latex]U[/latex]) und die Enthalpie ([latex]H[/latex]) sind ausschließlich Funktionen der Temperatur. Ihre Änderungen werden durch [latex]Delta U = m c_v Delta T[/latex] und [latex]Delta H = m c_p Delta T[/latex] beschrieben, wobei [latex]c_v[/latex] und [latex]c_p[/latex] die spezifischen Wärmekapazitäten bei konstantem Volumen sind. Druck, und werden als konstant angenommen.

Ein Eckpfeiler des Modells des perfekten Gases ist der Grundsatz, dass seine innere Energie ausschließlich von seiner Temperatur abhängt. Dies wurde von James Prescott Joule in seinen Expansionsversuchen experimentell nachgewiesen. Bei einem idealen Gas ist die innere Energie die Summe der kinetischen Energien der Moleküle, aus denen es besteht. Da die Temperatur ein Maß für die durchschnittliche kinetische Energie ist, ist die innere Energie eine Funktion der Temperatur. Das Modell des perfekten Gases vereinfacht dies weiter, indem es eine lineare Beziehung durch eine konstante spezifische Wärme bei konstantem Volumen, [latex]c_v[/latex], annimmt. Somit ist die Änderung der spezifischen inneren Energie [latex]\Delta u = c_v \Delta T[/latex].

Die Enthalpie ([latex]H[/latex]) ist eine thermodynamisch Das Potential ist definiert als [latex]H = U + PV[/latex]. Für ein ideales Gas gilt: ideales Gasgesetz Mit der Gleichung PV = nRT vereinfacht sich die Enthalpie zu H = U(T) + nRT, die ebenfalls nur von der Temperatur abhängt. Die Änderung der spezifischen Enthalpie ergibt sich analog zu Δh = cp ΔT, wobei cp die spezifische Wärmekapazität bei konstantem Druck ist. Diese Vereinfachung ist in der Ingenieurwissenschaft äußerst hilfreich, da sie die direkte Berechnung von Energieänderungen in Prozessen wie Kompression, Expansion und Erwärmung ohne komplexe Tabellen oder Zustandsgleichungen ermöglicht und somit die Grundlage für die Analyse von Motoren, Kühlschränken und Kraftwerken bildet.

UNESCO Nomenclature: 2212
- Thermodynamik

Typ

Theoretisches Modell

Störung

Grundlegendes

Verwendung

Weitverbreitete Verwendung

Vorläufer

  • erstes Gesetz der Thermodynamik
  • Joule'sches Ausdehnungsexperiment
  • concept of internal energy
  • Ideal Gasgesetz
  • Definition der Enthalpie

Anwendungen

  • analysis of thermodynamic cycles (e.g., Brayton, Otto)
  • calculation of heat transfer in gas systems
  • design of heat exchangers
  • modeling of gas turbines and jet engines
  • chemischer Prozess Ingenieurwesen für Energiebilanzberechnungen

Patente:

NA

Potenzielle Innovationsideen

  • real-time energy auditing software for industrial gas furnaces
  • control systems for cryogenic gas liquefaction that optimize energy consumption
  • predictive maintenance algorithms for gas compressors based on thermal performance
  • simulation tools for designing more efficient internal combustion engine cooling systems
  • on-chip thermal management systems for micro-scale gas sensors
  • dynamic models for optimizing combined cycle power plants
  • software for calculating the CO2-Fußabdruck of industrial heating processes
  • advanced thermodynamic modeling for hypersonic vehicle heat shielding
  • development of novel refrigeration cycles using non-standard gas mixtures
  • automated design of heat recovery steam generators
Related to: internal energy, enthalpy, perfektes Gas, Joule’s first law, specific heat, temperature, thermodynamics, energy balance, heat transfer, thermodynamic cycles.

Historischer Kontext

Innere Energie und Enthalpie eines idealen Gases

1835
1838
1841
1845
1850
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1834
1836
1839-01-01
1842
1847
1850
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(wenn das Datum unbekannt oder nicht relevant ist, z. B. „Strömungsmechanik“, wird eine gerundete Schätzung seines bemerkenswerten Auftretens bereitgestellt)

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