Frage von TiBo34, 30

Kann man bei der Dampfmaschine und der Dampflokomotive von einer Art Thermodynamik sprechen?

Und wenn ja kann mir das mal bitte einmal kurz erklären oder eine passende Internetseite zur Verfügung stellen :)
Ich finde nichts passendes dazu was mir bei meiner Facharbeit weiterhilft ;)

Expertenantwort
von Hamburger02, Community-Experte für Physik, 17

Die Erfindung der Dampfmaschine war Anlass für viele, sich mit Wärme und Arbeit zu beschäftigen.

Der erste, der dies systematisch und allgemein tat, war Sadi Carnot, der mit seiner Schrift ""Réflexions sur la puissance motrice de feu et sur les machines propres à développer cette puissance", die 1824 veröffentlicht wurde, die Thermodynamik begründete.

In dieser Schrift leitet er die Begriffe "vollkommene Maschine" sowie des reversiblen (umkehrbaren) Kreisprozesses her. Im Rahmen seiner allgemeinen Herleitungen legte er die Grundlage für den 2. Hauptsatz der Thermodynamik, der später von Boltzmann in seiner heutigen Form ausformuliert wurde. Er entdeckte auch das Äquivalent von Wärme und Arbeit und erfand den Carnot-Wirkungsgrad.

Seine Schrift blieb anfangs weitgehend unbeachtet. Robert  Stevenson hatte sie jedoch gelesen, bevor 1829 in einem Rennen von verschiedenen Dampfloks die beste ermittelt werden solte. Es ist allgemein bekannt, dass Stevenson das Rennen mit seiner Rocket gewann. Die Konkurenten waren der Meinung, sie müssten den Dampfkessel größer machen, um mehr Leistung zu bekommen. Stephenson wusste durch Carnot aber, dass nicht die Größe des Kessels sondern die Differenz zwischen oberer und unterer Temperatur entscheidend ist. Daher baute Stepehenson einen kleinen Kessel mit dickeren Wänden, wo er durch Druckerhöhung dann das gesamte obere Temperaturniveau anheben konnte, wodurch seine Lok die höchste Leistung brachte.

Kommentar von guru61 ,

Tönt schön, nur stimmts nicht: Das Problem war bis zu Stephenson immer, dass die Kessel auf Dauer nicht genügend Dampf lieferten. Stephenson hat nun 25 Kupferrohre durch den Kessel gezogen und damit die Heizfläche massiv erhöht.

Nachzulesen: Matschoss, die Entwicklung der Dampfmaschine, Springer 1908

http://www.digitalis.uni-koeln.de/Matschossd/matschossd_index.html

Kommentar von Hamburger02 ,

Mit den 25 Heizrohren löste Stepehnson ein Folgeproblem eines kleineren Kessels, nämlich ausreichend "Wärme" in den Kessel zu bringen, um genügend Dampf mit hohem Druck zu erzeugen. 

Hier nochmal ein kurzer geschichtlicher Abriss:

1809 stellte Gay-Lussac (bei Studenten: "geiler Lustsack") das Gasgesetz auf, das den Zusammenhang zwischen Druck, Temperatur und Volumen eines  Gases beschreibt.

1822 beschrieb Fourier in dem nach ihm benannten Gesetz die Abhängigkeit der Wärmeleistung von der Temperaturdifferenz.
Laplace leitete aus der Wärmestofftheorie die Zustandsgleichung für Gase ab.

1824 veröffentlichte Nicolas Léonard Sadi Carnot seine Schrift zum
Wirkungsgrad von Kreisprozessen, insbesondere bei Dampfmaschinen und leitete dort den Carnot-Wirkungsgrad her, der angibt, welche maximale Leistung bei einer bestimmten Temperaturdifferenz zu erreichen ist.
Diese Schrift fand bei wenigen einiges an Beachtung, war jedoch bald vergriffen und wurde auch nicht nachgedruckt. Erst 1890 erschien die englische und 1892 die deutsche Übersetzung. Einer der wenigen Engländer, der die Originalschrift las, war Robert Stephenson. Das waren die theoretischen Grundlagen, bevor es technisch weiterging:

1823 gründete Robert Stephenson sein Unternehmen, um Dampflokomotiven zu bauen.

1824 (25??) bekam er die Schrift Carnots in die Hand.

1829 baute er die erste leistungsfähige Lokomotive, die Rocket, mit der er ein Wettrennen gegen alle Konkurrenten gewann und dadurch zu DEM  Hersteller wurde. Dieses Rennen war insofern bemerkenswert, dass Stephenson der einzige war, der sich damals schon mit Thermodynamik beschäftigte und insbesondere die Schrift von Carnot löste eine Geistesblitz bei ihm aus. Während alle Konkurrenten die Leistung ihrer Dampfmaschinen dadurch steigerten, dass sie sie einfach größer bauten, erkannte Stephenson, dass eine Leistungsteigerung auch durch die
Erhöhung der Temperaturdifferenz möglich ist. Über das Gasgesetz von Gay-Lussac erkannte er, dass dies nur durch eine Erhöhung des Dampfdruckes möglich ist. So steckte er das Material, das die
Konkurrenten für größere Kessel ausgaben in einen kleineren Kessel mit wesentlich dickeren Wänden, der mehr Druck erzeugen konnte.

1835 lieferte er eine Weiterentwicklung der Rocket, den Adler, nach
Deutschland für die erste deutsche Eisenbahnlinie Nürnberg-Fürth.

Antwort
von syncopcgda, 22

Ja, das kann man, siehe "Thermodynamik" in Wikipedia.

https://de.wikipedia.org/wiki/Thermodynamik

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