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Das perfekte Gasmodell

1850
Laborszene zur Veranschaulichung thermodynamischer Experimente mit dem Modell des perfekten Gases.

(Abbildung dient nur zur Veranschaulichung)

A perfect gas is a theoretical model of a gas where intermolecular forces are neglected and specific heat capacities ([latex]C_P[/latex] and [latex]C_V[/latex]) are assumed to be constant with respect to temperature. This simplifies thermodynamisch calculations significantly. It is a specific case of the ideal gas, where specific heats can vary with temperature, making it a more constrained model.

The perfect gas model is a refinement and simplification used extensively in thermodynamics and fluid mechanics. While the ideal gas law, [latex]PV=nRT[/latex], only assumes negligible intermolecular forces and molecular volume, the perfect gas model adds the constraint that the specific heats at constant pressure ([latex]C_P[/latex]) and constant volume ([latex]C_V[/latex]) are constant. This additional assumption is crucial because it implies that the internal energy ([latex]U[/latex]) and enthalpy ([latex]H[/latex]) are solely linear functions of temperature. Specifically, [latex]dU = C_V dT[/latex] and [latex]dH = C_P dT[/latex].

Diese Vereinfachung ist für einatomige Gase (wie Helium, Argon) und zweiatomige Gase (wie Stickstoff, Sauerstoff) in einem moderaten Temperaturbereich, in dem Schwingungsmoden nicht signifikant angeregt werden, relativ genau. Bei mehratomigen Gasen oder in weiten Temperaturbereichen ändern sich jedoch die spezifischen Wärmekapazitäten, sodass das allgemeinere semiperfekte (oder thermisch perfekte) Gasmodell erforderlich ist. Das perfekte Gasmodell ist in der Lehre grundlegend für die Einführung thermodynamischer Konzepte und bietet eine Näherung erster Ordnung für viele reale technische Probleme, insbesondere in der Gasdynamik und der Analyse von Antriebssystemen.

UNESCO Nomenclature: 2212
- Thermodynamik

Typ

Abstraktes System

Störung

Wesentliche

Verwendung

Weitverbreitete Verwendung

Vorläufer

  • ideales Gasgesetz
  • joule’s first law (internal energy of an ideal gas depends only on temperature)
  • kinetic theory of gases
  • boyle’s law
  • charles’s law

Anwendungen

  • thermodynamische Kreisprozessanalyse (zB Otto-, Diesel-, Brayton-Kreisläufe)
  • vorläufige Berechnungen der Luft- und Raumfahrttechnik
  • Strömungssimulationen
  • Prozessgestaltung im Chemieingenieurwesen
  • Meteorologie und atmosphärische Modellierung

Patente:

NA

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Related to: perfect gas, ideal gas, thermodynamics, specific heat, constant heat capacity, theoretical model, equation of state, internal energy, enthalpy, fluid dynamics.

Historischer Kontext

Das perfekte Gasmodell

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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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