Wärmeprozesse

Wärmeprozesse beschreiben Zustandsänderungen von Systemen, die durch den Austausch von Wärme mit der Umgebung verursacht oder beeinflusst werden. Wärme kann durch Leitung, Konvektion oder Strahlung übertragen werden, und der Verlauf der Prozessgröße spiegelt sich in der Änderung von Zustandgrößen wie Temperatur, Druck und Volumen wider.

Nach dem ersten Hauptsatz der Thermodynamik gilt ΔU = Q − W. Q ist die zugeführte Wärme, W die vom System geleistete Arbeit. Die Größen Q und W hängen vom Weg ab, während der Endzustand vom Zustandswechsel abhängt. Für ideale Gase ergeben sich oft einfache Beziehungen, wie P·V = n·R·T, wobei sich aus Wärmezufuhr oder -entzug unterschiedliche Arbeitserträge ergeben.

Zu den klassischen Wärmeprozessen gehören isotherme Prozesse (T konstant, Q ≈ W), isobarische Prozesse (P konstant, ΔH = Qp), isochore Prozesse (V konstant, ΔU = Q) und adiabatische Prozesse (Q = 0). Diese Typen helfen, den Beitrag von Wärme und Arbeit in verschiedenen Zyklen und Anwendungen zu analysieren.

Prozesse können reversibel oder irreversibel sein. Reversible, quasi-statische Prozesse nähern sich ideale Grenzfälle an und ermöglichen exakte Quotienten von Q und W bei gegebenen Zustandsgrößen; reale Systeme zeigen oft irreversibile Effekte wie Reibung oder ungleichmäßige Wärmeübertragung.

Die Konzepte der Wärmeprozesse sind grundlegend für Wärmekraftmaschinen, Kühlsysteme, Wärmetauscher und chemische Reaktionen. Entschädigungen wie Enthalpie H und Wärmekapazitäten Cp, Cv unterstützen die Berechnung der zugeführten Wärme oder des geleisteten Arbeit.