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| Code: DBMAB-160 |
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72UV+28UU (100 Unterrichtseinheiten) |
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8 |
| Studienjahr: 1 |
| Pflichtfach: ja |
Arbeitssprache:
Deutsch |
Prüfungsart:
Teilklausur „Thermodynamische Grundlagen“ (90 Min.)
Teilklausur „Thermodynamik der Werkstoffe“ (60 Min.)
Die Modulnote setzt sich wie folgt zusammen:
• 63 % der Pkt. in der Teilklausur „Thermodynamische Grundlagen“
• 37 % der Pkt. in der Teilklausur „Thermodynamik der Werkstoffe“
[letzte Änderung 13.02.2025]
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DBMAB-160 (P720-0006, P720-0007) Maschinenbau / Produktionstechnik, Bachelor, ASPO 01.10.2021
, 1. Studienjahr, Pflichtfach
DBMAB-160 (P720-0006, P720-0007) Maschinenbau / Produktionstechnik, Bachelor, ASPO 01.10.2024
, 1. Studienjahr, Pflichtfach
DBWI-160 (P740-0010, P740-0011) Wirtschaftsingenieurwesen / Produktionsmanagement, Bachelor, ASPO 01.10.2022
, 1. Studienjahr, Pflichtfach
DBWI-160 (P740-0010, P740-0011) Wirtschaftsingenieurwesen / Produktionsmanagement, Bachelor, ASPO 01.10.2021
, 1. Studienjahr, Pflichtfach
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Die Präsenzzeit dieses Moduls umfasst 100 Unterrichtseinheiten (= 75 Zeitstunden). Der Gesamtaufwand des Moduls beträgt bei 8 Creditpoints 240 Stunden (30 Stunden/ECTS Punkt). Daher stehen für die Vor- und Nachbereitung der Veranstaltung zusammen mit der Prüfungsvorbereitung 165 Stunden zur Verfügung.
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Empfohlene Voraussetzungen (Module):
Keine.
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Als Vorkenntnis empfohlen für Module:
DBMAB-240 Werkstofftechnik
DBMAB-260 Fertigungstechnik 1
DBMAB-310 Thermodynamik der Apparate und Maschinen
DBMAB-320 Höhere Thermodynamik und Fluidmechanik
[letzte Änderung 07.02.2023]
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Modulverantwortung:
Prof. Dr.-Ing. Jan Christoph Gaukler |
Dozent/innen: Prof. Dr.-Ing. Jan Christoph Gaukler
[letzte Änderung 11.06.2021]
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Lernziele:
Thermodynamische Grundlagen:
Die Studierenden sind in der Lage, bisherige, aktuelle bzw. zukünftige Entwicklungen der Energietechnik im Rahmen der Energiewende zu benennen, einzuordnen und aus gesellschaftlicher und ökologischer Sicht zu bewerten, um z.B. den gesellschaftlichen Diskurs darüber kritisch und reflektiert zu begleiten und ggf. mitzugestalten.
Die Studierenden verfügen über die physikalischen Grundlagen thermodynamischer Prozesse (Hauptsätze, Temperaturmessung, ideale Gase, Kreisprozesse) und verstehen thermodynamische Phänomene, Konzepte und Zusammenhänge. Sie können Zustandsänderungen und reversible Kreisprozesse mit idealen Gasen berechnen, Energiebilanzen idealer Prozesse aufstellen und Maschinen, die auf Basis eines Wärmekraftprozesses bzw. eines Kälte- bzw. Wärmepumpenprozesses arbeiten, beschreiben. Die Studierenden kennen die Mechanismen der Wärmeübertragung (Wärmeleitung, Konvektion, Strahlung) und können die grundlegenden Gesetze der Wärmeübertragung durch Wärmeleitung und Strahlung auf einfache, technische Wärmeübertragungsvorgänge anwenden. Nach erfolgreicher Teilnahme an dem Modulelement „Thermodynamische Grundlagen“ sind die Studierenden somit in der Lage, thermodynamische Fragestellungen und einfache ingenieurwissenschaftliche Probleme in der Energie- und Verfahrenstechnik unter Anwendung mathematischer Methoden selbstständig zu beantworten bzw. zu lösen.
Thermodynamik der Werkstoffe:
Die Studierenden können die reale Kristallstruktur metallischer Werkstoffe beschreiben. Sie sind in der Lage, die Veränderung der Phasenumwandlungspunkte eines Reinstoffes in Abhängigkeit von Druck und Temperatur mit Hilfe der Hauptgleichungen der Thermodynamik und der Maxwell-Beziehungen qualitativ darzustellen, und können mit Einstoffsystemen als p,T-Diagramm arbeiten. Sie sind mit den Grundlagen der flüssig-fest- und der fest-fest-Phasenumwandlung vertraut, kennen den Unterschied, die Bedeutung und die Möglichkeiten der Beeinflussung von Keimbildung und -wachstum, verstehen deren Zusammenspiel sowohl bei der Erstarrung als auch bei einer Phasenumwandlung im festen Zustand und können daraus den Aufbau von Zeit-Temperatur-Umwandlungsschaubildern ableiten. Des Weiteren kennen sie die Phasenumwandlungen (eutektisch, peritektisch, eutektoid, peritektoid) in Zweistoffsystemen, ihre Beeinflussung durch die Abkühlgeschwindigkeit und ihre Auswirkung auf das Gefüge von Legierungen, so dass sie auch unter Anwendung des Hebelgesetzes mit Phasendiagrammen von Zweistoffsystemen arbeiten können. Die Studierenden sind mit den thermodynamischen Grundlagen von Al-Gusslegierungen vom Typ AlSi vertraut und kennen die nachteiligen Auswirkungen der groben Si-Körner im Gefüge sowie die als Veredelung bezeichneten Gegenmaßnahmen. Die Studierenden können mit dem metastabilen Eisen-Kohlenstoff-Diagramm arbeiten und das Gefüge von Stählen in Abhängigkeit der Abkühlgeschwindigkeit beschreiben. Sie verstehen die Grundlagen der Wärmebehandlung „Vergüten“.
[letzte Änderung 13.02.2025]
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Inhalt:
• Bisherige, aktuelle und zukünftige Entwicklungen der Energietechnik im Rahmen der Energiewende aus
naturwissenschaftlich-technischer, gesellschaftlicher und ökologischer Sicht
• Wärmeübertragung: Wärmeleitung, Konvektion, Wärmestrahlung
• Nullter Hauptsatz der Thermodynamik – Vertiefung
o Temperatur, thermisches Gleichgewicht, Temperaturskalen
o Temperaturmessung
• Erster Hauptsatz der Thermodynamik – Vertiefung
o Erster Hauptsatz für geschlossene Systeme: Wärme, Arbeit, innere Energie, Kreisprozesse, Enthalpie
o Erster Hauptsatz für offene Systeme: Strömungen, technische Arbeit, Leistung, Energiebilanz, p,v-Diagramm
o Thermischer Wirkungsgrad von Wärmekraftprozessen
o Leistungszahl für Kälte- und Wärmepumpenprozesse
o Wärmekapazität (spezifisch, molar, Temperaturabhängigkeit)
o Phasenumwandlungen und -enthalpien
• Ideale Gase – Vertiefung
o Thermische und kalorische Zustandsgleichung
o Kinetische Gastheorie: Molare innere Energie, Wärmekapazität, Energie- und Geschwindigkeitsverteilung, mittlere,
freie Weglänge und Stoßzahlen von Gasteilchen, Übertragung auf die chemische Reaktionskinetik
o Entropie idealer Gase und T,s-Diagramm
o Einfache Zustandsänderungen (isochor, isobar, isotherm, adiabat, polytrop)
• Thermodynamische Kreisprozesse, Maschinen und Apparate
o Carnot-Prozess: Wärmekraftprozess, Kälte- bzw. Wärmepumpenprozess
o Kolbenmotoren: Otto-, Diesel-, Stirling- und Heißgasmotor
o Offene und geschlossene Gasturbinenanlagen ohne / mit Wärmerückführung sowie mehrstufige
Gasturbinenprozesse mit angenähertem Ericson-Prozess
o Verdichter
o Gaskältemaschinen
Thermodynamik der Werkstoffe:
• Kristallstrukturen
• Legierungsbildung
• Physikalische Grundlagen: Energie, thermodynamisches System, Zustände, Zustandsänderungen, Temperatur, thermodynamisches
Gleichgewicht, Wärme, Wärmekapazität, Arbeit, innere Energie, Enthalpie, Entropie, Hauptsätze der Thermodynamik, ideale
Gasgleichung, p,v-Diagramme, Kreisprozesse
• Angewandte Thermodynamik der Werkstoffe
o Diffusion
o Thermodynamische Hauptgleichungen
o Phasengleichgewichte und -umwandlungen (flüssig-fest, fest-fest)
o Zweistoffsysteme
o Al-Gusslegierungen vom Typ AlSi
o Unlegierte Stähle: Metastabiles Eisen-Kohlenstoff-Diagramm, gleichgewichtsnahe und gleichgewichtsferne Gefüge,
Umwandlung des Martensits beim Anlassen, Wärmebehandlung „Vergüten“
[letzte Änderung 03.03.2025]
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Weitere Lehrmethoden und Medien:
Vorlesungen: Vortrag, Unterrichtsgespräch insbesondere zur ganzheitlichen Betrachtung einer Problemstellung aus naturwissenschaftlich-technischer, ethischer, gesellschaftlicher und ökologischer Sichtweise, Bearbeitung konkreter Problemstellungen in Gruppenarbeit
Übungen: Bearbeitung konkreter Problemstellungen in Gruppenarbeit
[letzte Änderung 13.02.2025]
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Literatur:
• P. A. Tipler, G. Mosca: Physik für Wissenschaftlicher und Ingenieure (Springer)
• H.D. Baehr, St. Kabelac: Thermodynamik – Grundlagen und technische Anwendung (Springer)
• F. Bosnjakovic, K.F. Knoche: Technische Thermodynamik – Teil I (Springer)
• G. Cerbe, G. Wilhelms: Technische Thermodynamik – Theoretische Grundlagen und praktische Anwendungen (Carl Hanser Verlag)
• D. Flottmann, D. Forst, H. Roßweg: Chemie für Ingenieure (Springer)
• J. Hoinkis, E. Lindner: Chemie für Ingenieure (Wiley-VCH)
• W. Bergmann: Werkstofftechnik 1 (Carl Haser Verlag)
[letzte Änderung 27.01.2023]
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