Oliver Romberg

Unsere erste Bilanz, die Massenbilanz

Fur jeden Prozess, bei dem Materie uber die Systemgrenze fliest, gibt es einen Zusammenhang, der uns das Arbeiten mit diesen Massenstromen enorm erleichtert. Der Super-Trick dabei ist, dass fur die Masse ein Erhaltungssatz gilt, genauso wie fur die Energie. Deswegen ist die Massenbilanz ziemlich einfach zu handhaben, so dass auch die Kollegen aus der Stromungsmechanik sie gerne anwenden. Ob man allerdings unbedingt immer alles uber ein System wissen muss, sei mal dahin gestellt. Die Gultigkeit des Erhaltungssatzes der Masse beweist uns der reuevolle Blick auf die Waage nach Weihnachten, denn die Anzeige verrat uns, dass Masse offensichtlich nicht verschwinden kann. Andererseits entsteht sie auch nicht aus dem Nichts, sondern sie versammelt sich unter dem Motto „vom Six-Pack zum Mono-Pack“ mit Hilfe von durchschnittlich zwolf Kilo Geback, diverser Gansebraten und dazu womoglich noch Alkohol zu Sylvester in Speckrollchen am Bauch und an den Huften.

Aufgaben mit Lösungsweg

Ein richtiger Lernerfolg ist nur moglich, wenn Dinge ausprobiert und anschliesend reflektiert werden. Und das geht am besten mit vielen, vielen Aufgaben. Auf dem Weg dahin und zu einer mehr oder weniger gelungenen Prufungsvorbereitung durchlauft man verschiedene Phasen: Am Anfang ist man sehr optimistisch, da man dieses Mal wirklich sinnvoll und systematisch arbeiten und rechtzeitig anfangen will. Nachdem dann einige Zeit verstrichen und jeglicher Arbeitsrausch ausgeblieben ist, hat sich die Frage einer rechtzeitigen Prufungsvorbereitung erledigt. In dieser Phase beruhigt man sich, weil man ja mit eifrigen Nachtschichten noch alles bisher Versaumte aufholen konnte. Aber anstatt dann auch gleich loszulegen, beschaftigt man sich lieber mit allen moglichen Aktivitaten.

Exergie und Anarchie

Wenn man als Ingenieur mit Energie hantiert, dann hat man indirekt auch immer einen Batzen Geld in den Handen. Der Leiter eines fossil betriebenen Kraftwerkes muss die Kohlen zum Verheizen beschaffen und die Stadtwerke verkaufen den erzeugten Strom fur teuer Geld an den Endverbraucher. Aus der Tatsache, dass Leute uberhaupt bereit sind ein Kraftwerk zu betreiben, kann man eine einfache, mikro-okonomische Schlussfolgerung ziehen. Der Verkauf einer gewissen Menge an elektrischer Energie muss deutlich mehr Geld einbringen, als man fur den Kauf derselben Menge an chemischer Energie hinlegen muss. Der Grund fur diesen Preisunterschied ist mal wieder die Entropie, die entweder bei den verschiedenen Energiearten mal mehr mal weniger ausgepragt, quasi als ungewunschte Dreingabe, mitgeliefert wird (je mehr Entropie, desto billiger) oder die Entropieerzeugung, die bei unseren technischen Moglichkeiten der Energiewandlung zwangslaufig passiert (je irreversibler die erforderliche Umwandlung, desto billiger ist die Energie entweder zu bekommen oder desto teurer wird das Endergebnis verkauft).

Verbrennungen dritten Grades

Vorab erst mal eine Warnung: In diesem Kapitel geht es um technische Verbrennungen. Bei dieser Art von Vorgang handelt es sich um chemische Reaktionen. Deswegen geht es in diesem Abschnitt hin und wieder etwas chemisch zu. Davon sollte man und frau sich aber nicht abschrecken lassen: Die Chemie kommt nur dann zum Zug, wenn dies auch unbedingt erforderlich ist. Ansonsten bleiben wir hubsch auf dem Gebiet der Thermodynamik und interessieren uns vor allem fur den Energieumsatz beim Verbrennen. Der erste kluge Merksatz zur Verbrennung lautet: „Verbrennung ist die Oxidation eines Brennstoffes mit Sauerstoff“. Deswegen braucht man mindestens zwei Dinge, wenn man eine Verbrennung durchfuhren will: Etwas zum Verbrennen und ordentlich Sauerstoff, damit es mit der Verbrennung auch wirklich klappt.

Nicht nur in den Tropen ein Problem – Feuchte Luft

Jeder kennt diese merkwurdigen Phanomene: Die Brille beschlagt, wenn man aus der Kalte rein kommt, beim Kochen laufen Wassertropfen an der Fensterscheibe runter und obwohl es nicht geschneit hat, ist im Winter Raureif auf der Frontscheibe des Autos (und man darf erst mal kratzen). Wenn das Auto dann angesprungen ist, kommen unmittelbar nach dem Start sehr beeindruckende Dampfwolken aus dem Auspuff. Das hangt alles mit der Luftfeuchtigkeit zusammen. Was Luftfeuchtigkeit genau ist und wie man sie mit den Mitteln der Thermodynamik beschreibt, das kommt in diesem Abschnitt dran.

Gemischte Gefühle oder gefühlte Gemische

Ein Gemisch unterscheidet sich von den bislang betrachteten Reinstoffen dadurch, dass es aus mehreren Komponenten besteht. Die Anzahl der beteiligten Komponenten wird ab jetzt mit j bezeichnet. Die meisten Gemische bestehen aus vielen Komponenten, wie zum Beispiel Luft, die bekanntlich aus Stickstoff, Sauerstoff, Kohlendioxid und verschiedenen Edelgasen besteht. Neben solchen komplexen Gemischen, was sowohl die Anzahl der beteiligten Komponenten angeht, als auch deren Art, gibt es auch vergleichsweise einfache Falle, die deswegen auch gleich eigene Namen bekommen haben. Wenn ein Gemisch aus nur zwei Komponenten besteht, dann ist es ein binares Gemisch, bei drei Parteien heist es ternares Gemisch und wer angeben will, merkt sich auch noch, dass man bei vier Komponenten quarternares Gemisch dazu sagen kann.