Arbeitsmethoden der Thermodynamik: Band II Thermische und kalorische Stoffeigenschaften

ISBN-13: 9783642932274 / Niemiecki / Miękka / 2011 / 524 str.

Franz X. Eder

Opis

Die Vorbereitungen fiir die Abfassung des zweiten Bandes haben schon bald gezeigt, daB es ohne EinbuBen an Stoffumfang und -vertiefung nicht moglich sein wiirde, den urspriinglichen Plan eines dreibandigen Gesamtwerkes zu realisieren. Ich habe mich daher entschlossen, die "Arbeitsmethoden der Thermodynamik" in vier Bande von etwa gleichem Umfang zu gliedern und in Band III zusatzlich ein Kapitel iiber Arbeits- und Kalteprozesse aufzunehmen, das sowohl die Analyse der verschiedenen offenen und geschlossenen Kreisprozesse sowie die modernen Methoden der inneren Leistungs-und Wirkungsgradmessung als auch die aktuellen Probleme bei der Energiespeicherung enthalten wird. Ungeandert gegeniiber dem urspriinglichen Konzept wird Ban

Spis treści

4 Thermische Ausdehnung.- 4.1 Allgemeines, Definition.- 4.2 Thermische Ausdehnung von Gasen.- 4.2.1 Das p, V, T-Diagramm der Gase.- 4.2.2 Fugazität eines Gases.- 4.2.3 Meßmethoden.- 4.2.4 Ergebnisse.- 4.3 Thermische Ausdehnung von Flüssigkeiten.- 4.3.1 Grundsätzliches zur Flüssigkeitsbeschreibung.- 4.3.2 Unmittelbare Meßverfahren.- 4.3.3 Mittelbare Meßmethoden.- 4.3.4 Auftriebsmethoden.- 4.3.5 Magnetisches Densimeter.- 4.3.6 Metall-Dilatometer.- 4.3.7 Dichtemessung mit dem Röntgen-Dilatometer.- 4.3.8 Thermische Ausdehnung tiefsiedender Flüssigkeiten.- 4.3.9 Verschiedene Methoden; Ergebnisse.- 4.4 Thermische Ausdehnung des Festkörpers.- 4.4.1 Allgemeines.- 4.4.2 Thermische Ausdehnung und Gitterstruktur.- 4.4.3 Anwendung auf normalleitende Metalle.- 4.4.4 Supraleitende Metalle und Verbindungen.- 4.4.5 Feste Edelgase.- 4.4.6 Ausdehnungskoeffizient an Phasenübergängen.- 4.5 Meßverfahren für die thermische Längsausdehnung.- 4.5.1 Direkte mechanische und optische Verfahren.- 4.5.2 Dilatometer mit mechanischer und optischer Übersetzung.- 4.5.3 Widerstands- und induktive Dilatometer.- 4.5.4 Kapazitive Methoden.- 4.5.5 Interferometrische Methoden.- 4.5.6 Röntgenografische Bestimmung von Gitterkonstanten.- 4.5.6.1 Allgemeines.- 4.5.6.2 Kameras.- 4.5.6.3 Indizieren der Röntgenreflexe.- 4.5.6.4 Temperieren der Meßproben I: Tiefe Temperaturen..- 4.5.6.5 Temperieren der Meßproben II: Hohe Temperaturen.- 4.5.7 Direkte Bestimmung des Grüneisen-Parameters.- 4.5.8 Spezielle Methoden im Tieftemperaturgebiet.- 4.5.9 Hochtemperaturmethoden.- 4.6 Ergebnisse an Metallen und Legierungen.- 4.6.1 Allgemeines.- 4.6.2 Alkalimetalle.- 4.6.3 Metalle.- 4.6.4 Legierungen.- 4.6.5 Supraleiter.- 4.6.6 Magnetische Metalle.- 4.7 Ergebnisse an Dielektrika und festen Gasen.- 4.7.1 Experimentelles.- 4.7.2 lonenkristalle.- 4.7.3 Halbleiter.- 4.7.4 Magnetische Isolatoren.- 4.7.5 Feste Gase.- 4.7.6 Grüneisen-Parameter; Vergleich mit der Theorie.- 4.8 Thermische Ausdehnung von Gläsern und Polymeren.- 4.8.1 Experimentelles.- 4.8.2 Gläser und keramische Stoffe.- 4.8.3 Polymere.- 4.8.4 Verbundkunststoffe.- 4.8.5 Grüneisen-Parameter von Gläsern.- Literatur zu Kapitel 4.- 5 Kalorimetrie.- 5.1 Aufgaben, Grundbegriffe.- 5.1.1 Grundsätzliches.- 5.1.2 Kalorische Größen.- 5.1.3 Differenz zwischen cp und cv.- 5.1.4 Spezifische Wärmekapazität bei Phasenänderung.- 5.1.5 Einheit der spezifischen Wärmekapazität.- 5.2 Kalorimetrische Meßverfahren.- 5.2.1 Grundsätzliches.- 5.2.1.1 Adiabatische Kalorimeter.- 5.2.1.2 Temperaturgleichgewicht.- 5.2.1.3 Dynamische Kalorimeter.- 5.2.1.4 Thermometer.- 5.2.1.5 Isotherme Kalorimeter.- 5.2.1.6 Differentialkalorimeter.- 5.2.1.7 Nichtstationäre Methoden.- 5.2.1.8 Methoden der Wärmezufuhr.- 5.2.1.9 Auswertung, Programmsteuerung und Automatisierung von Kalorimetern.- 5.2.1.10 Kalorimetrische Energiebestimmung.- 5.2.2 Mischungskalorimeter.- 5.2.2.1 Grundsätzliches.- 5.2.2.2 Flüssigkeitskalorimeter.- 5.2.2.3 Metallkalorimeter.- 5.2.3 Strömungskalorimeter.- 5.2.3.1 Grundlagen.- 5.2.3.2 Callendar-Kalorimeter.- 5.2.3.3 Gegenstromkalorimeter.- 5.2.3.4 Staurohrkalorimeter.- 5.2.3.5 Strömungskalorimeter für die Messung von Mischungs- und Reaktionswärmen.- 5.2.4 Isotherme Kalorimeter.- 5.2.4.1 Kompensationskalorimeter.- 5.2.4.2 Eiskalorimeter nach Bunsen.- 5.2.4.3 Andere Schmelzkalorimeter.- 5.2.4.4 Verdampfungskalorimeter.- 5.2.4.5 Kondensationskalorimeter.- 5.2.4.6 Andere isotherme Kalorimeter.- 5.2.5 Adiabatische Kalorimeter.- 5.2.5.1 Aufbau und Theorie des adiabatischen Kalorimeters.- 5.2.5.2 Thermischer Schalter.- 5.2.5.3 Kontinuierlich beheiztes Kalorimeter.- 5.2.5.4 Bauarten.- 5.2.5.5 Aufbau von Tieftemperaturkalorimetern.- 5.2.5.6 Adiabatische Differentialkalorimeter.- 5.2.5.7 Thermometrie.- 5.2.5.8 Probenbeheizung.- 5.2.5.9 Spezifische Wärmekapazität von Heizdrähten und Klebern.- 5.2.5.10 Automatisierte adiabatische Kalorimeter.- 5.2.6 Dynamische Methoden I.- 5.2.6.1 Theorie der Relaxationskalorimeters.- 5.2.6.2 Ausführungsbeispiele.- 5.2.6.3 Theorie der Kalorimeter mit periodischer Wärmezufuhr.- 5.2.6.4 Ausführungsbeispiele.- 5.2.6.5 Dynamisches Kalorimeter für radioaktive Proben.- 5.2.7 Dynamische Methoden II.- 5.2.7.1 Ausbreitung von Temperaturwellen.- 5.2.7.2 Temperaturwellenmethode.- 5.2.7.3 Ausbreitung eines Wärmeimpulses.- 5.2.7.4 Aufbau der Impulskalorimeter.- 5.2.7.5 Laser-Kalorimetrie.- 5.2.8 Wärmestromkalorimeter.- 5.2.8.1 Theorie des Wärmestromkalorimeters.- 5.2.8.2 Bauformen.- 5.2.8.3 Automatisch messende Wärmestromkalorimeter.- 5.2.8.4 SQUID-Kalorimeter.- 5.2.9 Spezielle kalorimetrische Methoden.- 5.2.9.1 Hochdruckkalorimeter.- 5.2.9.2 Kalorimetrie in starken Magnetfeldern.- 5.2.9.3 Hochtemperaturkalorimeter.- 5.2.9.4 Kalorimetrische Messung der Deformationsarbeit.- 5.2.9.5 Messung der Defektenergie.- 5.2.9.6 Akustische Kalorimetrie.- 5.2.9.7 Kalorimeter mit optischer Anregung.- 5.2.9.8 Messung der spezifischen Wärmekapazität von Lacken.- 5.3 Spezifische Wärmekapazität von Gasen und Dämpfen.- 5.3.1 Allgemeines.- 5.3.2 Klassische Theorie der Molwärme von Gasen.- 5.3.3 Quantentheorie der Molwärme von Gasen.- 5.3.4 Molwärme der Wasserstoffisotope.- 5.3.5 Temperatur- und Druckabhängigkeit der spezifischen Wärmekapazität.- 5.3.6 Zur Messung der spezifischen Wärmekapazität der Gase.- 5.3.7 Bestimmung von cv aus der Schallgeschwindigkeit.- 5.3.8 Direkte Bestimmung des Verhältnisses cp/cv.- 5.3.8.1 Methode von Clément und Desormes.- 5.3.8.2 Messung der adiabatischen Temperaturänderung.- 5.3.8.3 Dynamische Verfahren.- 5.3.8.4 ?-Bestimmung aus der Schallgeschwindigkeit.- 5.3.9 Molwärme von Gasen; Ergebnisse.- 5.4 Spezifische Wärmekapazität von Flüssigkeiten.- 5.4.1 Allgemeines.- 5.4.2 Meßverfahren.- 5.4.3 Meßergebnisse.- 5.4.4 Quantenflüssigkeiten I: 4He.- 5.4.4.1 Zur Theorie des flüssigen 4He.- 5.4.4.2 Meßergebnisse.- 5.4.4.3 Experimentelles.- 5.4.5 Quantenflüssigkeiten II: 3He.- 5.4.5.1 Zur Theorie des flüssigen 3He.- 5.4.5.2 Meßverfahren; Ergebnisse.- 5.4.5.3 Superfluides 3He.- 5.4.5.4 3He/4He-Mischungen.- 5.4.6 Flüssige Metalle und Salze.- 5.4.7 Molwärme im Zweiphasengebiet einer Flüssigkeit.- 5.5 Spezifische Wärmekapazität von Festkörpern.- 5.5.1 Theorie der Gitter wärme.- 5.5.2 Molwärme kristalliner Nichtleiter.- 5.5.2.1 Feste Edelgase.- 5.5.2.2 Wasserstoff-Isotope; feste Gase.- 5.5.2.3 Kristalline Substanzen.- 5.5.2.4 Halbleiter, Halbmetalle.- 5.5.3 Spezifische Wärmekapazität von Gläsern und Polymeren.- 5.5.4 Spezifische Wärmekapazität von Metallen (Theorie).- 5.5.5 Zahlenangaben für Metalle und Legierungen.- 5.5.6 Supraleiter.- 5.5.6.1 Theorie.- 5.5.6.2 Atomwärme supraleitender Elemente.- 5.5.6.3 Spezifische Wärmekapazität von Typ II-Supraleitern.- 5.5.6.4 Ein- und zweidimensionale Supraleiter.- 5.5.7 Magnetische Substanzen.- 5.5.7.1 Thermodynamik magnetischer Stoffe.- 5.5.7.2 Ferromagnetische Elemente.- 5.5.7.3 Seltene Erdmetalle und ihre Verbindungen.- 5.5.7.4 Verdünnte magnetische Legierungen.- 5.5.7.5 Ferrite, antiferromagnetische Stoffe.- 5.5.7.6 Paramagnetische Substanzen.- 5.5.8 Molwärme ferroelektrischer und pyroelektrischer Stoffe.- 5.5.9 Wärmekapazität von Schichtstrukturen und Metallhydriden.- 5.5.9.1 Schichtstrukturen.- 5.5.9.2 Metall-Hydride.- 5.6 Ergebnisse bei hohen Temperaturen und Drücken.- 5.6.1 Wärmekapazität bei hohen Temperaturen.- 5.6.2 Wärmekapazität bei hohen Drücken.- 5.6.3 Kalorimetrische Messung der Teilchen- und Gammastrahlung.- 5.6.4 Atomwärme radioaktiver Elemente und Verbindungen.- 5.6.5 Wärmeübertragungskalorimeter.- 5.7 Messung von Wärmetönungen.- 5.7.1 Schmelz-, Verdampfungs- und Sublimationswärme.- 5.7.2 Messung der Mischungs- und Lösungswärmen.- 5.7.2.1 Allgemeines.- 5.7.2.2 Messung der Mischungswärme.- 5.7.2.3 Mischungswärme binärer Flüssigkeitsgemische.- 5.7.2.4 Begriff der Lösungswärme.- 5.7.2.5 Messung der Lösungswärme.- 5.7.2.6 Meßergebnisse.- 5.7.3 Messung von Reaktions- und Bildungswärme.- 5.7.4 Verbrennungswärme.- 5.7.5 Umwandlungswärme.- 5.7.6 Fehlordnungs- und Verformungsenergie.- 5.7.7 Sorptionswärme.- Literatur zu Kapitel 5.- 6 Heterogene Einstoffsysteme.- 6.1 Thermische Zustandsgieichung I: Theorie.- 6.1.1 Allgemeines.- 6.1.2 Ideales Gas.- 6.1.3 Zustandsgieichung von Van der Waals.- 6.1.4 Gesetz der korrespondierenden Zustände.- 6.1.5 Weitere Ztistandsgeichungen.- 6.1.6 Gleichung von Kamerlingh Onnes.- 6.1.7 Das Quanten verhalten komprimierter Gase.- 6.2 p, V, T-Messung.- 6.2.1 Grundsätzliches.- 6.2.2 (p, T) v -Messung.- 6.2.3 Kompressibilität und zweiter Virialkoeffizient von Gasen.- 6.2.4 Akustische Messung der Kompressibilität.- 6.2.5 Verfahren zur Dichtemessung.- 6.2.6 Kritischer Punkt.- 6.3 Thermische Zustandsgieichung II: Ergebnisse.- 6.3.1 Thermische Zustandsdiagramme.- 6.3.2 Realfaktor und kritische Zustandsgrößen.- 6.3.3 Virialdarstellung.- 6.3.4 Edelgase.- 6.3.5 Technische Gase.- 6.3.6 Organische Gase, Kältemittel.- 6.4 Kalorische Zustandsdiagramme und -tafeln.- 6.4.1 Bestimmung der kalorischen Zustandsgrößen.- 6.4.2 T,s-Diagramm.- 6.4.3 Zustandstafeln.- 6.4.4 h, T- und h,s-Diagramm.- 6.4.5 h, p- und log;p, h-Diagramm.- 6.4.6 Exergie-Diagramm.- 6.5 Phasengleichgewicht I: Flüssig-dampfförmig.- 6.5.1 Phasengleichgewicht; Phasenregel.- 6.5.2 Theoretische Betrachtungen.- 6.5.3 Methoden der Dampfdruckmessung.- 6.5.4 Messung der Verdampfungswärme.- 6.5.4.1 Kalorimetrische Verfahren.- 6.5.4.2 Nichtkalorimetrisches Verfahren.- 6.5.4.3 Kondensationsmethode.- 6.5.5 Ergebnisse I: Anorganische Stoffe; Allgemeines.- 6.5.6 Ergebnisse II: Kryogene Gase.- 6.5.7 Ergebnisse III: Kältemittel; organische Gase.- 6.5.8 Dichte der flüssigen und dampfförmigen Phasen.- 6.6 Phasengleichgewicht II: Fest-flüssig.- 6.6.1 Grundsätzliches; Simon-Gleichung.- 6.6.2 Messung der Schmelztemperatur.- 6.6.3 Bestimmung der Schmelzwärme.- 6.6.4 Das Schmelzen von festem H2 und He.- 6.6.5 Flüssige Metalle.- 6.6.6 Ergebnisse.- 6.7 Phasengleichgewicht III: Fest-gasförmig.- 6.7.1 Gleichung der Sublimationskurve.- 6.7.2 Meßverfahren.- 6.7.3 Ergebnisse.- 6.8 Polymorphe Umwandlungen; Selbstdiffusion.- 6.8.1 Allgemeines.- 6.8.2 Heteromorphe Umwandlungen.- 6.8.3 Experimentelle Verfahren.- 6.8.4 Fotoakustischer Effekt.- 6.8.5 Selbstdiffusion.- 6.8.6 Ergebnisse.- 6.9 Joule-Thomson-Effekt.- 6.9.1 Elementarer Joule-Thomson-Effekt.- 6.9.2 Isothermer Drosseleffekt.- 6.9.3 Abkühlung verdichteter Gase durch innere und äußere Arbeit.- 6.9.4 Integraler Joule-Thomson-Effekt.- 6.9.5 Messung des Joule-Thomson-Effekts.- 6.9.6 Ergebnisse.- 6.9.7 Zustandsdiagramme kondensierter Gase.- Literatur zu Kapitel 6.- Sachverzeiclmis.

O autorze

Franz X. Eder lehrt als ao. Professor am Institut für Wirtschafts- und Sozialgeschichte an der Universität Wien.