Carnotor

Der von Sadi Carnot eingeführte Zyklus wird heute noch dazu verwendet, den Begriff Entropie einzuführen. So genial die Idee damals war, so falsch ist heute der Versuch, mit diesem Gedankenexperiment Studierende zu traktieren, um ihnen ein Verständnis für die Entropie einzubleuen. Bald zweihundert Jahre nach der Veröffentlichung der grundlegenden Schrift von Carnot sollte man nicht mehr so tun, als ob die Entropie erst vor kurzem entdeckt worden sei. Will man die Zustandsänderungen des idealen Gases dennoch diskutieren und durchrechnen, kann man dies mit Hilfe des Carnotors tun. Der Carnotor ist eine virtuelle Maschine, die an der ZHW "erfunden" worden ist, um das Verhalten von Gasen mit Hilfe von systemdynamischen Werkzeugen zu modellieren.

ideales Gas

Das Modell des idealen Gases beschreibt den Zustand von stark verdünnten Stoffen, wobei die Wechselwirkung zwischen den Teilchen dieses Stoffes vernachlässigbar klein sein sollte. Sämtliche Gleichgewichtszustände des idealen Gases können mit Hilfe von zwei Zustandsgleichungen beschrieben werden.

Die thermische Zustandsgleichung oder das universelle Gasgesetz verknüpft vier Grössen, die Temperatur, den Druck, das Volumen und die Stoffmenge miteinander

[math]pV = nRT[/math]

Anstelle der kalorischen nimmt man als zweite Zustandsgleichung mit Vorteil die entropische. Sie beschreibt, wie die Entropie vom Volumen und der Temperatur abhängt

[math]S = S_0 + n (R ln \frac {V}{V_0} + \hat c_V ln \frac {T}{T_0})[/math]

Die Entropie nimmt logarithmisch mit dem Volumen und der Temperatur zu und ist proportional zur Stoffmenge. Auf ein Mol bezogen bildet die universelle Gaskonstante R den Proportionalitätsfaktor für den volumenmässige und die molare Wärmekapazität den Faktor für den thermischen Zuwachs.