Verlustleistung - Dissipation
In der Thermodynamik ist Dissipation das Ergebnis eines irreversiblen Prozesses , der in homogenen thermodynamischen Systemen stattfindet . In einem dissipativen Prozess wandelt sich Energie ( interne , kinetische Massenströmung oder Systempotential ) von einer Anfangsform in eine Endform um, wobei die Fähigkeit der Endform, mechanische Arbeit zu leisten, geringer ist als die der Anfangsform. Zum Beispiel ist die Wärmeübertragung dissipativ, weil sie eine Übertragung der inneren Energie von einem heißeren Körper auf einen kälteren ist. Nach dem zweiten Hauptsatz der Thermodynamik variiert die Entropie mit der Temperatur (verringert die Fähigkeit der Kombination der beiden Körper, mechanische Arbeit zu leisten), nimmt jedoch in einem isolierten System nie ab.
Diese Prozesse erzeugen mit einer bestimmten Geschwindigkeit Entropie . Die Entropie Produktionsrate mal Umgebungstemperatur gibt die Verlustleistung . Wichtige Beispiele für irreversible Prozesse sind: Wärmefluss durch einen thermischen Widerstand , Fluidfluss durch einen Strömungswiderstand, Diffusion (Mischung), chemische Reaktionen und elektrischer Stromfluss durch einen elektrischen Widerstand ( Joulesche Erwärmung ).
Definition
Thermodynamische dissipative Prozesse sind im Wesentlichen irreversibel. Sie produzieren Entropie mit endlicher Geschwindigkeit. In einem Prozess, bei dem die Temperatur lokal kontinuierlich definiert ist, ergibt die lokale Dichte der Rate der Entropieproduktion mal lokale Temperatur die lokale Dichte der Verlustleistung.
Ein bestimmtes Auftreten eines dissipativen Prozesses kann nicht durch einen einzelnen Hamiltonschen Formalismus beschrieben werden. Ein dissipativer Prozess erfordert eine Sammlung zulässiger einzelner Hamiltonscher Beschreibungen, wobei genau die genaue Beschreibung des tatsächlichen besonderen Auftretens des interessierenden Prozesses unbekannt ist. Dazu gehören Reibung und alle ähnlichen Kräfte, die zu einer Dekohärenz von Energie führen – das heißt, die Umwandlung eines kohärenten oder gerichteten Energieflusses in eine indirekte oder isotropere Energieverteilung.
Energie
"Die Umwandlung von mechanischer Energie in Wärme nennt man Energiedissipation." – François Roddier Der Begriff wird auch für Energieverluste durch unerwünschte Wärmeentwicklung in elektrischen und elektronischen Schaltkreisen verwendet.
Computerphysik
In der Computerphysik bezieht sich numerische Dissipation (auch bekannt als "numerische Diffusion") auf bestimmte Nebenwirkungen, die als Ergebnis einer numerischen Lösung einer Differentialgleichung auftreten können. Wird die reine , dissipationsfreie Advektionsgleichung durch ein numerisches Näherungsverfahren gelöst, kann die Energie der Anfangswelle analog zu einem Diffusionsprozess reduziert werden. Eine solche Methode soll "Dissipation" enthalten. In einigen Fällen wird "künstliche Dissipation" absichtlich hinzugefügt, um die numerischen Stabilitätseigenschaften der Lösung zu verbessern .
Mathematik
Eine formale, mathematische Definition von Dissipation, wie sie üblicherweise in der mathematischen Untersuchung maßerhaltender dynamischer Systeme verwendet wird , findet sich im Artikel wandering set .
Beispiele
Im Wasserbau
Dissipation ist der Prozess der Umwandlung von mechanischer Energie von nach unten fließendem Wasser in thermische und akustische Energie. In Bachbetten werden verschiedene Geräte entwickelt, um die kinetische Energie von Fließgewässern zu reduzieren, um deren Erosionspotential an Ufern und Flussböden zu reduzieren . Sehr oft sehen diese Geräte aus wie kleine Wasserfälle oder Kaskaden , bei denen Wasser senkrecht oder über Riesel fließt , um einen Teil seiner kinetischen Energie zu verlieren .
Irreversible Prozesse
Wichtige Beispiele für irreversible Prozesse sind:
- Wärmefluss durch einen Wärmewiderstand
- Flüssigkeitsströmung durch einen Strömungswiderstand
- Diffusion (Mischen)
- Chemische Reaktionen
- Elektrischer Stromfluss durch einen elektrischen Widerstand ( Joulesche Erwärmung ).
Wellen oder Schwingungen
Wellen oder Schwingungen verlieren im Laufe der Zeit Energie , typischerweise durch Reibung oder Turbulenzen . In vielen Fällen erhöht die "verlorene" Energie die Temperatur des Systems. Zum Beispiel sagt man, dass eine Welle , die an Amplitude verliert , sich auflöst. Die genaue Art der Effekte hängt von der Art der Welle ab: Eine atmosphärische Welle zum Beispiel kann sich aufgrund der Reibung mit der Landmasse in der Nähe der Oberfläche und in höheren Ebenen aufgrund der Strahlungskühlung auflösen .
Geschichte
Das Konzept der Dissipation wurde 1852 von William Thomson (Lord Kelvin) auf dem Gebiet der Thermodynamik eingeführt . Lord Kelvin folgerte, dass eine Teilmenge der oben genannten irreversiblen dissipativen Prozesse auftritt, es sei denn, ein Prozess wird von einem "perfekten thermodynamischen Motor" gesteuert. Die von Lord Kelvin identifizierten Prozesse waren Reibung, Diffusion, Wärmeleitung und Lichtabsorption.