Environmental Engineering Reference
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a
b
25
Pb
150
20
Cu
100
15
CaF
2
Q = 2.26 MJ/kg
D
Be
10
50
0
Q = 0.335 MJ/kg
S
5
C
−50
0
0
100
200
300
400
1
2
3
4
zugeführte Wärme
Q (MJ/kg)
Temperatur T (K)
Abb. 8.2
a
zeigt die Temperaturabhängigkeit der molaren Wärmekapazitäten
C
V
verschiedener
Festkörper.
b
zeigt die Wassertemperatur in Abhängigkeit von der zugeführten Wärme. Erreicht die
Wassertemperatur bestimmte Werte, finden die Phasenübergänge fest
→
flüssig und flüssig
→
gas-
förmig statt, bei denen sich die Temperatur nicht ändert, obwohl weiter Wärme zugeführt wird
Von diesem idealen Verhalten treten bei realen Festkörpern erhebliche Abweichungen auf:
•
Die molare Wärmekapazität ist temperaturabhängig. Für
T
→
beobachtetman
C
→
,
wie in der Abb.
8.2
dargestellt.
•
Die zugeführte Wärme erhöht nicht nur die Temperatur des Festkörpers, sondern führt
bei einer bestimmten Temperatur
T
S
zur einem Phasenübergang von dem festen in den
flüssigen Zustand des Speichermediums, wie es für Wasser in Abb.
8.2
dargestellt ist.
Der Übergang vom festen in den flüssigen Aggregatzustand stellt einen
Phasenübergang
erster Ordnung dar, bei dem sich die
Entropie
S
des Systems um Δ
S
vergrößert. Zur Entro-
pieerhöhung ist die Zufuhr von Wärme notwendig, ohne dass sich die Temperatur
T
S
des
Systems während des Phasenübergangs erhöht. Die für den Übergang notwendige Wärme
Δ
Q
S
wird
latenteWärme
genannt, es besteht zwischen diesen Größen der Zusammenhang
Δ
S
T
S
.
Δ
Q
S
=
(8.23)
Erfolgt der Phasenübergang in umgekehrter Richtung, also vom flüssigen in den festen
Aggregatzustand, wird die Wärme Δ
Q
S
wieder an das System zurückgegeben.
Ein äquivalentes Verhalten beobachtet man auch für den Phasenübergang erster Ord-
nung von dem flüssigen in den gasförmigen Aggregatzustand, für den entsprechend zu
Δ
S
T
D
,
Δ
Q
D
=
(8.24)
übergänge können daher zur Wärmespeicherung benutzt werden. Zum Beispiel basierte
die heute veraltete
Dampfheizung
auf diesem Prinzip. Sie ist veraltet, weil die Wärme Δ
Q
D
