Dissipation

Dissipation (lat. für „Zerstreuung“) bezeichnet in der Physik den Vorgang in einem dynamischen System, bei dem z. B. durch Reibung die Energie einer makroskopisch gerichteten Bewegung, die in andere Energieformen umwandelbar ist, in thermische Energie übergeht, d. h. in Energie einer ungeordneten Bewegung der Moleküle, die dann nur noch teilweise umwandelbar ist. Ein solches System heißt dissipativ. Dieser Begriff kommt in den physikalischen Gebieten der Thermodynamik und der Akustik oder allgemein in der Wellenlehre vor. Ein Beispiel für ein dissipatives System ist die gedämpfte Schwingung.

In der Thermodynamik werden die Arbeiten, die auf Grund von Reibungs-, Drosselungs- oder Stoßvorgängen in thermische Energie (innere Energie) umgewandelt werden, als Dissipationsarbeiten bezeichnet. Es handelt sich dabei um irreversible Vorgänge, bei denen die Entropie zunimmt, anders ausgedrückt: Exergie wird in Anergie umgewandelt (vgl. Zweiter Hauptsatz der Thermodynamik). Diese Arbeiten sind Prozessgrößen, d. h. wegabhängig.

Die sogenannte Dissipationskonstante für einen Heißleiter (Heißleiter, Negative Temperature Coefficient, NTC) ist der Wärmeleitwert, spezifiziert in der Regel für stehende Luft. Bei Kontakt mit Wasser ändert sich die Dissipationskonstante.

In der Werkstofftechnik versteht man im Zusammenhang mit dem Werkstoffkreislauf unter Dissipation den Verbrauch von Rohstoffen - also nicht auszugleichende Verluste, z. B. Korrosion, Abrieb und sonstigen Verlust in breitgestreuter Verteilung über die ganze Erdoberfläche, so dass der Rohstoff nicht zurückgewonnen werden kann.

Dissipation in der Thermodynamik

Dissipative Vorgänge im geschlossenen System

Zum Beispiel wird durch Reibung zwischen den Kolbenringen und den Zylinderwänden eines Verbrennungsmotors ein Teil der bereits aus Wärmeenergie erzeugten Arbeit in innere Energie zurückverwandelt, so dass die nach außen übertragene Arbeit dadurch geringer wird.

Das Bild veranschaulicht verschiedene dissipative Vorgänge in einem geschlossenen adiabaten System:

Die Arbeit eines Ventilators leistet wegen der starren Systemgrenze keine Volumenänderungsarbeit, wird daher vollständig dissipiert, ebenso die elektrische über Systemgrenze übertragene Arbeit.

Bei einem Temperaturausgleichsprozess innerhalb des Systems könnte über einen Carnot-Prozess reversibel Arbeit erzeugt und nach außen abgegeben werden. Da die Wärme ungenutzt von „warm“ nach „kalt“ fließt, wird ihr exergetischer Anteil dissipiert.

Statt des Drosselprozesses könnte über einen beweglichen Kolben (mit Kraftübertragung nach außen) der Druckausgleich reversibel erfolgen, oder hinter der Düse könnte ein Windrad Arbeit leisten. Auch diese Möglichkeit bleibt ungenutzt, die Arbeit wird dissipiert.

Siehe auch

• Dissipative Struktur

Literatur

• Literatur zur Technischen Thermodynamik

Weblinks

• Energieentwertung und Entropie (PDF-Datei; 58 kB)
• Die konstruktive Rolle der Reibung (PDF-Datei; 28 kB)
• Grundbegriffe der Thermodynamik (PDF-Datei; 295 kB)
• Grundlagen der Technischen Thermodynamik mit Übungsaufgaben
• Innere Reibung von Gasen (PDF-Datei; 64 kB)
• Dämpfung der Luft bei hohen Frequenzen (Dissipation)