Physikalische Grundlagen der Energietechnik
Energie ist wahrend des letzten Jahrzehnts wie nie vorher zu einer Frage der Politik geworden. Gleichzeitig ist Energie einer der zentralen Begriffe der Physik. Das ist auch heute noch besonders eindrucksvoll bei Max Planck in seinem Buch "Das Prinzip der...
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Produktinformationen zu „Physikalische Grundlagen der Energietechnik “
Klappentext zu „Physikalische Grundlagen der Energietechnik “
Energie ist wahrend des letzten Jahrzehnts wie nie vorher zu einer Frage der Politik geworden. Gleichzeitig ist Energie einer der zentralen Begriffe der Physik. Das ist auch heute noch besonders eindrucksvoll bei Max Planck in seinem Buch "Das Prinzip der Erhaltung der Energie" formuliert, das vor mehr als 80 Jahren erschienen ist. Ich habe erfahren, daB es nicht immer leicht ist, die Brucke zwischen den grundsatz lichen Aspekten des Energiebegriffs und den praktischen Gesichtspunkten der Bereitstellung und Nutzung von Energie zu finden. Diese Erfahrung hat mich zur Arbeit an dem vor liegenden Buch verleitet. Eine mehrsemestrige Vorlesungs tatigkeit zu Teilbereichen des Themas und gelegentliche Teil nahme an offentlichen Diskussionen zum Fragenkreis Energie haben mich in meinen Bemuhungen dazu noch bestarkt. In diesem Buch werden die physikalischen Grundlagen, die bei der Bereit stellung und Umwandlung der verschiedenen Energieformen - be sonders Warme, Wind-, Sonnen- und Kernenergie - eine Rolle spielen, fur einen breiteren Interessentenkreis ubersichtlich dargestellt. Ich denke hiebei an Dozenten, Techniker, an Physiker, die nicht direkt in den der Energienutzung ver schriebenen Teilbereichen tatig sind, und an Physikstudenten. Wie immer bleiben die Schwerpunkte einer solchen Darstellung subjektiv und von den unmittelbaren Erfahrungen des Autors gepragt. Ich glaube gelernt zu haben, daB ein gutes Ver standnis der grundlegenden Zusammenhange eine notwendige Basis zur Beurteilung der anwendungsorientierten Seite des Energieproblems ist. Dementsprechend liegt auch der Schwer punkt der Darstellung bei der Physik der Energieformen. Die praktische Verwirklichung in Form bestehender oder geplanter Anlagen wird nur kurz und eher beispielhaft beschrieben.
Inhaltsverzeichnis zu „Physikalische Grundlagen der Energietechnik “
I. Vom Wesen der EnergieI.1. Auf dem Weg zu einem immer tieferen Verständnis des Energiebegriffes
I.1.1. Die mechanische Energie
I.1.2. Die Wärmekraftmaschinen und das Verständnis der Wärme
I.1.3. Das mechanische Wärmeäquivalent
I.1.4. Der Satz von der Erhaltung der Energie
I.1.5. Die Äquivalenz von Masse und Energie
I.1.6. Die Wertigkeit der Energie: Der zweite Hauptsatz der Wärmelehre und die Entropie
I.2. Mechanische Arbeit; die verschiedenen Energieformen; Wärmeströmung als Form des Energieaustausches
I.2.1. Mechanische Arbeit
I.2.2. Beispiele für die Übertragung mechanischer Energie
I.2.3. Energieform Wärme; weitere Energieformen
II. Thermodynamische Grundlagen der Energietechnik
II.1. Erster Hauptsatz der Thermodynamik für geschlossene und offene Systeme
II.2. Der zweite Hauptsatz der Thermodynamik; Reversibilität und Irreversibilität; Entropie
II.2.1. Der zweite Hauptsatz
II.2.2. Reversibilität und Irreversibilität
II.2.3. Die Entropie
II.2.4. Anwendungen des zweiten Hauptsatzes; Erzeugung von Entropie
II.2.4.1. Temperaturausgleich
II.2.4.2. Gay-Lussacscher Drosselversuch
II.2.4.3. Der Carnotsche Wirkungsgrad ?c als Maximalgrösse
II.3. Die Exergie als Mittel zur Bewertung thermodynamischer Prozesse
II.3.1. Energetische und thermodynamische Bewertung von Energieumsetzungen
II.3.2. Exergie und verfügbare Arbeit
II.3.3. Beispiele zur Bestimmung der Exergie; Folgerungen
II.3.3.1. Exergie eines elektrisch geheizten Durchlauferhitzers
II.3.3.2. Raumheizung durch elektrische Widerstandsheizung oder eine Carnotsche Wärmepumpe
II. 3.3.3. Dampfkraftwerk, Verbrennungsprozess, "energy cascading"
II. 4. Wärmepumpe, Wärmetransformator
II.4.1. Kompressionswärmepumpe
II.4.2. Absorptionswärmepumpe, Wärmetransformator
II.4.3. Einsatz neuer Mehrstoff-Systeme
II.4.4. Wärmequellen
II.5. Versuche zur Bereitstellung mechanischer Energie mit Hilfe von Niedertemperaturwärme; Energieerntefaktor
II.5.1. Bereitstellung von mechanischer Energie mit Hilfe
... mehr
von Niedertemperaturwärme
II.5.1.1. Stirling-Motor für sehr kleine Temperaturdifferenzen
II.5.1.2. Der Curie-Motor
II.5.2. Der Energieerntefaktor
II.6. Grundlagen der Wärmeleitung; bauphysikalische Anwendungen
III. Grundlagen zur Nutzung der Windenergie
III.1. Primärenergieform Wind
III.1.1. Allgemeine Grundlagen
III.1.2. Strömungsmechanische Grundlagen
III.1.2.1. Beschreibung von Orts- und Zeitverhalten eines Fluids
III.1.2.2. Stromlinie, Stromröhre, Stromfaden
III.1.2.3. Kontinuitätsgleichung, Eulersche und Bernoullische Gleichung
III.2. Energieumsetzungen an Windrädern
III.2.1. Einfache Theorie des Windrades
III.2.2. Analyse der Vorgänge am Windradflügel; Schnell-und Langsamläufer
III.3. Windenergieanlagen
IV. Strahlungsenergie der Sonne
IV.1. Verfügbare Strahlungsenergie
IV.1.1. Die Solarkonstante; astronomische Berechnungsgrundlagen
IV.1.2. Einfluss der Atmosphäre auf die Sonneneinstrahlung
IV.1.2.1. Die relative optische Dicke der Atmosphäre
IV.1.2.2. Streu- und Absorptionsprozesse in der Atmosphäre
IV.2. Festkörperphysikalische Grundlagen für thermische und photovoltaische Nutzung der Strahlungsenergie der Sonne
IV.2.1. Beschreibung der Wechselwirkung von Strahlungsfeld und Materie mit Hilfe der frequenzabhängigen Dielektrizitätskonstante
IV.2.2. Die Quantennatur des Festkörpers
IV.2.3. Optische Absorptionsprozesse in Festkörpern
IV.2.3.1. Übersicht
IV.2.3.2. Joulesche Wärme, Absorption durch freie Ladungsträger
IV.2.3.3. Interbandabsorption. Direkte und indirekte Übergänge
IV.2.3.4. Gitterabsorption
IV.2.3.5. Emission von Wärmestrahlung
IV.2.3.6. Optische Selektivität
IV.3. Photothermische Energieumwandlung
IV.3.1. Flachkollektoren
IV.3.2. Konzentrierende Kollektoren
IV.3.2.1. Fokussierende Systeme
IV.3.2.2. Elemente parabolischer zylindrischer Konzentratoren
IV.3.2.3. Nichtabbildende konzentrierende Systeme
IV.3.2.4. Nachführung von Kollektoren
IV.4. Photovoltaische Energieumwandlung
IV.4.1. Solarzellen
IV.4.1.1. Der p-n-Übergang im Gleichgewicht
IV.4.1.2. Der bestrahlte p-n-Übergang; die Photospannung
IV.4.1.3. Photostrom und Wirkungsgrad einer Photozelle
IV.5. Solaranlagen: Stand und Entwicklungstendenzen
IV.5.1. Anlagen zur Bereitstellung von Niedertemperaturwärme
IV.5.2. Anlagen zur Bereitstellung von Prozesswärme bzw. elektrischer Energie
IV.5.2.1. Kraftwerk nach dem Farmkonzept in Almeria, Spanien
IV.5.2.2. Kraftwerk nach dem Turmkonzept in Almeria, Spanien
IV.5.2.3. Solar One: US-Demonstrationskraftwerk in Barstow, Kalifornien
IV.5.2.4. Entwicklungstendenzen bei solarthermischen Anlagen
IV. 5.3. Anlagen zur Bereitstellung elektrischer Energie mit Hilfe photovoltaischer Energieumwandlung
V. Energie aus dem Atomkern
V.1. Einführung
V.2. Kernphysikalische Grundlagen
V.2.1. Bindungsenergie des Atomkerns; Energiebilanz bei Spaltung und Fusion
V.2.2. Kernphysik thermischer und schneller Reaktoren; Konversion und Brüten
V.3. Energieabfuhr aus dem Reaktorkernverschiedene Arten der Kernkühlung
V.4. Elemente der Reaktorregelung
V.5. Sicherheitsfragen; Risikoüberlegungen
V.6. Der Kernbrennstoffkreislauf
V.7. Wege zur Fusionsenergie
V.7.1. Mittlerer Energiegewinn aus Fusionsreaktionen
V.7.2. Zündtemperatur, Zündkriterium und Lawson-Kriterium
V.7.3. Magnetischer Einschluss des Plasmas
V.7.4. Trägheitseinschluss des Plasmas
V.7.5. Zur Technologie zukünftiger Fusionsreaktoren
V.7.6. Synergetische Systeme zur Nutzung der Kernenergie
VI. Zusammenfassung
VII. Anhang
- Literatur
II.5.1.1. Stirling-Motor für sehr kleine Temperaturdifferenzen
II.5.1.2. Der Curie-Motor
II.5.2. Der Energieerntefaktor
II.6. Grundlagen der Wärmeleitung; bauphysikalische Anwendungen
III. Grundlagen zur Nutzung der Windenergie
III.1. Primärenergieform Wind
III.1.1. Allgemeine Grundlagen
III.1.2. Strömungsmechanische Grundlagen
III.1.2.1. Beschreibung von Orts- und Zeitverhalten eines Fluids
III.1.2.2. Stromlinie, Stromröhre, Stromfaden
III.1.2.3. Kontinuitätsgleichung, Eulersche und Bernoullische Gleichung
III.2. Energieumsetzungen an Windrädern
III.2.1. Einfache Theorie des Windrades
III.2.2. Analyse der Vorgänge am Windradflügel; Schnell-und Langsamläufer
III.3. Windenergieanlagen
IV. Strahlungsenergie der Sonne
IV.1. Verfügbare Strahlungsenergie
IV.1.1. Die Solarkonstante; astronomische Berechnungsgrundlagen
IV.1.2. Einfluss der Atmosphäre auf die Sonneneinstrahlung
IV.1.2.1. Die relative optische Dicke der Atmosphäre
IV.1.2.2. Streu- und Absorptionsprozesse in der Atmosphäre
IV.2. Festkörperphysikalische Grundlagen für thermische und photovoltaische Nutzung der Strahlungsenergie der Sonne
IV.2.1. Beschreibung der Wechselwirkung von Strahlungsfeld und Materie mit Hilfe der frequenzabhängigen Dielektrizitätskonstante
IV.2.2. Die Quantennatur des Festkörpers
IV.2.3. Optische Absorptionsprozesse in Festkörpern
IV.2.3.1. Übersicht
IV.2.3.2. Joulesche Wärme, Absorption durch freie Ladungsträger
IV.2.3.3. Interbandabsorption. Direkte und indirekte Übergänge
IV.2.3.4. Gitterabsorption
IV.2.3.5. Emission von Wärmestrahlung
IV.2.3.6. Optische Selektivität
IV.3. Photothermische Energieumwandlung
IV.3.1. Flachkollektoren
IV.3.2. Konzentrierende Kollektoren
IV.3.2.1. Fokussierende Systeme
IV.3.2.2. Elemente parabolischer zylindrischer Konzentratoren
IV.3.2.3. Nichtabbildende konzentrierende Systeme
IV.3.2.4. Nachführung von Kollektoren
IV.4. Photovoltaische Energieumwandlung
IV.4.1. Solarzellen
IV.4.1.1. Der p-n-Übergang im Gleichgewicht
IV.4.1.2. Der bestrahlte p-n-Übergang; die Photospannung
IV.4.1.3. Photostrom und Wirkungsgrad einer Photozelle
IV.5. Solaranlagen: Stand und Entwicklungstendenzen
IV.5.1. Anlagen zur Bereitstellung von Niedertemperaturwärme
IV.5.2. Anlagen zur Bereitstellung von Prozesswärme bzw. elektrischer Energie
IV.5.2.1. Kraftwerk nach dem Farmkonzept in Almeria, Spanien
IV.5.2.2. Kraftwerk nach dem Turmkonzept in Almeria, Spanien
IV.5.2.3. Solar One: US-Demonstrationskraftwerk in Barstow, Kalifornien
IV.5.2.4. Entwicklungstendenzen bei solarthermischen Anlagen
IV. 5.3. Anlagen zur Bereitstellung elektrischer Energie mit Hilfe photovoltaischer Energieumwandlung
V. Energie aus dem Atomkern
V.1. Einführung
V.2. Kernphysikalische Grundlagen
V.2.1. Bindungsenergie des Atomkerns; Energiebilanz bei Spaltung und Fusion
V.2.2. Kernphysik thermischer und schneller Reaktoren; Konversion und Brüten
V.3. Energieabfuhr aus dem Reaktorkernverschiedene Arten der Kernkühlung
V.4. Elemente der Reaktorregelung
V.5. Sicherheitsfragen; Risikoüberlegungen
V.6. Der Kernbrennstoffkreislauf
V.7. Wege zur Fusionsenergie
V.7.1. Mittlerer Energiegewinn aus Fusionsreaktionen
V.7.2. Zündtemperatur, Zündkriterium und Lawson-Kriterium
V.7.3. Magnetischer Einschluss des Plasmas
V.7.4. Trägheitseinschluss des Plasmas
V.7.5. Zur Technologie zukünftiger Fusionsreaktoren
V.7.6. Synergetische Systeme zur Nutzung der Kernenergie
VI. Zusammenfassung
VII. Anhang
- Literatur
... weniger
Autoren-Porträt von Norbert Pucker
Dr. Norbert Pucker ist Professor für Theoretische Physik an der Karl-Franzens-Universität Graz mit den Schwerpunkten Energie und Umwelt.
Bibliographische Angaben
- Autor: Norbert Pucker
- 1986, 356 Seiten, 182 Abbildungen, Masse: 24,4 cm, Kartoniert (TB), Deutsch
- Verlag: Springer
- ISBN-10: 3211819487
- ISBN-13: 9783211819487
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