Temperaturwechselprozesse

Temperaturwechselprozesse bezeichnet man in der Thermodynamik als Prozesse, bei denen die Temperatur eines Systems während des Ablaufs verändert wird. Sie entstehen durch Wärmezufuhr oder -abfuhr sowie durch Arbeit am System und führen zu Änderungen der inneren Energie und des Zustands.

Typisch unterschieden werden nach äußeren Randbedingungen isochore, isobare, adiabatische und, im Gegensatz dazu, isotherme Prozesse. Isochor bedeutet konstantes Volumen, isobar konstanten Druck; adiabatisch bedeutet nahezu kein Wärmeaustausch mit der Umgebung. In allen Fällen führt der zugeführte oder entfernte Wärmefluss zu einer Temperaturänderung des Systems, sofern Wärme- oder Druckverläufe vorhanden sind.

Der erste Hauptsatz der Thermodynamik gilt: ΔU = Q − W. Die Temperaturänderung hängt von der zugeführten Wärme Q, der verrichteten Arbeit W und der jeweiligen Wärmekapazität ab. Bei idealen Gasen gilt ΔU = n·Cv·ΔT; bei konstantem Volumen entspricht die zugeführten Wärme Q dem Produkt Cv·ΔT; bei konstantem Druck gilt ΔH = n·Cp·ΔT. Für nicht ideale Stoffe gelten entsprechende Beziehungen über die Wärme- und Zustandsgrößen.

Anwendungsbeispiele umfassen das Hantieren mit Flüssigkeiten in Heiz- und Kühlsystemen, Wärmedehnung von Feststoffen, Phasenübergänge wie Schmelzen oder Gefrieren, sowie thermische Zyklen in Motoren und Kühlgeräten. In der Praxis werden Temperaturwechselprozesse oft durch Wärmeübertragungselemente beschrieben, z. B. Wärmeleitfähigkeit, Wärmekapazität, Oberflächenkontakt.

Messung und Analyse: Temperaturverläufe werden mit Thermoelementen oder Sensoren erfasst; in der Materialforschung werden Temperaturwechselprozesse durch DSC, TGA oder DMA untersucht. Das Verständnis von Temperaturwechselprozessen ist wichtig für Energiesysteme, Materialdesign und Klimatisierung.