Ein stationärer Vorgang in der Physik und Chemie ist ein mit Bewegung von Substanz oder Energie verbundener Vorgang bei
Stationärer Vorgang

Ein stationärer Vorgang in der Physik und Chemie ist ein mit Bewegung von Substanz oder Energie verbundener Vorgang, bei dem sich Zustandsgrößen des betrachteten Systems im zeitlichen Verlauf nicht ändern, solange der Vorgang andauert. Beispielsweise verläuft in einem Wärmetauscher der fortwährende Wärmetransport stationär, wenn die Temperatur an einer gegebenen, beliebigen Stelle des Wärmetauschers konstant ist.
Auf eine äußere Anregung des Systems – wie etwa Einschalten, Belastungsänderung, Störung im Prozess – folgt ein Ausgleichsvorgang, der zeitlich abklingt. Wird der stationäre Vorgang durch einen Eingriff gestört, so geht der alte in einen neuen stationären Vorgang über, aber nicht sprungartig im Änderungszeitpunkt, sondern stetig.
Dabei sind zwei Ausprägungen zu sehen:
- Es stellt sich ein aperiodischer Vorgang ein, der trotz eines Durchsatzes ruhend erscheint. In einem Strömungsprozess stellt sich ein Fließgleichgewicht ein, in dem sämtliche den Vorgang kennzeichnenden Zustandsgrößen – bei endlicher Reaktionsgeschwindigkeit – zeitlich konstante Werte annehmen. Beispielsweise wird ein elektrischer Leiter ab dem Einschalten eines Stroms mit der Zeit erwärmt, bis sich durch Wärmeableitung eine erhöhte, dann aber wieder konstante Temperatur einstellt, siehe Stromwärmegesetz.
- Es stellt sich ein periodischer Vorgang ein, der als stationäre Schwingung bezeichnet wird, wenn ihre charakteristischen Größen – Scheitelwert und Frequenz – zeitunabhängig sind. Periodische Vorgänge sind von vornherein stationär. Beispielsweise gehören hierzu eingeschwungene Vorgänge der Wechselstromtechnik.
Jede Art von Dämpfung eines stabil schwingfähigen Systems führt zum Abklingen der Schwingung bis zur Ruhelage. (Entsprechendes gilt für die sich aus zwei Schwingungen zusammensetzende Rotation.) Wird aber dem Prozess fortlaufend Energie zugeführt, die die Dämpfungsverluste ausgleicht, so kann der Vorgang zeitlich unbefristet ablaufen. Beispiele sind
- ein Taktgeber in einem mechanischen oder elektronischen Uhrwerk unter konstanter mechanischer oder elektrischer Spannung
- oder allgemein ein Oszillator;
- eine sich auf Leerlaufdrehzahl einstellende unbelastete Maschine, solange sie am Netz ist;
- eine nicht abklingende Schwingung einer Geige, solange diese gestrichen wird.
Eine chemische Reaktion verläuft in der Regel bis zu einem chemischen Gleichgewicht mit der gegenläufigen Reaktion. Die Gesamtreaktion erscheint dann ruhend, obwohl die Einzelreaktionen weiterhin ablaufen. Daneben gibt es auch oszillierende Reaktionen. Sie fungieren beispielsweise als Taktgeber für periodische biologische Prozesse.
Siehe auch
- Das Erreichen eines stationären Vorgangs kann durch Regelungstechnik unterstützt werden.
- In Biologie und Medizin ist zur Erzielung eines stationären Vorgangs die Selbstregulation bekannt.
- Die allgemeinst mögliche Erklärung findet sich unter Gleichgewicht (Systemtheorie)#Stationärer Zustand.
- Thermodynamische Prozesse werden unter Stationärer Prozess beschrieben.
Einzelnachweise
- Jürgen U. Keller: Technische Thermodynamik in Beispielen, Teil 1: Grundlagen. de Gruyter, 1979, S. 258
- Walter J. Moore: Grundlagen der Physikalischen Chemie. de Gruyter, 1990, S. 338
- Frank Ahnert: Einführung in die Geomorphologie. Eugen Ulmer, 5. Aufl. 2015, S. 24 ff
- Ralf Bürgel: Handbuch Hochtemperatur-Werkstofftechnik: Grundlagen ... . Vieweg, 3. Aufl., 2006, S. 27
- Wilfried Weißgerber: Elektrotechnik für Ingenieure 3: Ausgleichsvorgänge, Fourieranalyse, Vierpoltheorie. Springer Vieweg, 8. Aufl., 2013, S. 1
- Günter Ludyk: Theoretische Regelungstechnik 1: Grundlagen, Synthese linearer Regelungssysteme. Springer, 1995, S. 179
- Tilo Peifer, Paul Profos (Hrsg.): Handbuch der industriellen Messtechnik. Oldenbourg, 6. Aufl. 1994, S. 53
- Erwin Haibach: Betriebsfeste Bauteile: Ermittlung und Nachweis der Betriebsfestigkeit, konstruktive und unternehmerische Gesichtspunkte. Springer, 1992, S. 42
- Hans Peter Latscha, Helmut Alfons Klein: Anorganische Chemie: Chemie-Basiswissen I. Springer, 8. Aufl. 2002, S. 252
- Fritz Kurt Kneubühl: Repetitorium der Physik. Teubner, 4. Aufl. 1990, S. 248
- Wolfgang Demtröder: Experimentalphysik 1: Mechanik und Wärme. Springer, 7. Aufl. 2015, S. 384
- Thomas Frey, Martin Bossert: Signal- und Systemtheorie. Teubner, 2004, S. 133
Autor: www.NiNa.Az
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Ein stationarer Vorgang in der Physik und Chemie ist ein mit Bewegung von Substanz oder Energie verbundener Vorgang bei dem sich Zustandsgrossen des betrachteten Systems im zeitlichen Verlauf nicht andern solange der Vorgang andauert Beispielsweise verlauft in einem Warmetauscher der fortwahrende Warmetransport stationar wenn die Temperatur an einer gegebenen beliebigen Stelle des Warmetauschers konstant ist Auf eine aussere Anregung des Systems wie etwa Einschalten Belastungsanderung Storung im Prozess folgt ein Ausgleichsvorgang der zeitlich abklingt Wird der stationare Vorgang durch einen Eingriff gestort so geht der alte in einen neuen stationaren Vorgang uber aber nicht sprungartig im Anderungszeitpunkt sondern stetig Dabei sind zwei Auspragungen zu sehen Es stellt sich ein aperiodischer Vorgang ein der trotz eines Durchsatzes ruhend erscheint In einem Stromungsprozess stellt sich ein Fliessgleichgewicht ein in dem samtliche den Vorgang kennzeichnenden Zustandsgrossen bei endlicher Reaktionsgeschwindigkeit zeitlich konstante Werte annehmen Beispielsweise wird ein elektrischer Leiter ab dem Einschalten eines Stroms mit der Zeit erwarmt bis sich durch Warmeableitung eine erhohte dann aber wieder konstante Temperatur einstellt siehe Stromwarmegesetz Es stellt sich ein periodischer Vorgang ein der als stationare Schwingung bezeichnet wird wenn ihre charakteristischen Grossen Scheitelwert und Frequenz zeitunabhangig sind Periodische Vorgange sind von vornherein stationar Beispielsweise gehoren hierzu eingeschwungene Vorgange der Wechselstromtechnik Jede Art von Dampfung eines stabil schwingfahigen Systems fuhrt zum Abklingen der Schwingung bis zur Ruhelage Entsprechendes gilt fur die sich aus zwei Schwingungen zusammensetzende Rotation Wird aber dem Prozess fortlaufend Energie zugefuhrt die die Dampfungsverluste ausgleicht so kann der Vorgang zeitlich unbefristet ablaufen Beispiele sind ein Taktgeber in einem mechanischen oder elektronischen Uhrwerk unter konstanter mechanischer oder elektrischer Spannungoder allgemein ein Oszillator eine sich auf Leerlaufdrehzahl einstellende unbelastete Maschine solange sie am Netz ist eine nicht abklingende Schwingung einer Geige solange diese gestrichen wird Eine chemische Reaktion verlauft in der Regel bis zu einem chemischen Gleichgewicht mit der gegenlaufigen Reaktion Die Gesamtreaktion erscheint dann ruhend obwohl die Einzelreaktionen weiterhin ablaufen Daneben gibt es auch oszillierende Reaktionen Sie fungieren beispielsweise als Taktgeber fur periodische biologische Prozesse Siehe auchDas Erreichen eines stationaren Vorgangs kann durch Regelungstechnik unterstutzt werden In Biologie und Medizin ist zur Erzielung eines stationaren Vorgangs die Selbstregulation bekannt Die allgemeinst mogliche Erklarung findet sich unter Gleichgewicht Systemtheorie Stationarer Zustand Thermodynamische Prozesse werden unter Stationarer Prozess beschrieben EinzelnachweiseJurgen U Keller Technische Thermodynamik in Beispielen Teil 1 Grundlagen de Gruyter 1979 S 258 Walter J Moore Grundlagen der Physikalischen Chemie de Gruyter 1990 S 338 Frank Ahnert Einfuhrung in die Geomorphologie Eugen Ulmer 5 Aufl 2015 S 24 ff Ralf Burgel Handbuch Hochtemperatur Werkstofftechnik Grundlagen Vieweg 3 Aufl 2006 S 27 Wilfried Weissgerber Elektrotechnik fur Ingenieure 3 Ausgleichsvorgange Fourieranalyse Vierpoltheorie Springer Vieweg 8 Aufl 2013 S 1 Gunter Ludyk Theoretische Regelungstechnik 1 Grundlagen Synthese linearer Regelungssysteme Springer 1995 S 179 Tilo Peifer Paul Profos Hrsg Handbuch der industriellen Messtechnik Oldenbourg 6 Aufl 1994 S 53 Erwin Haibach Betriebsfeste Bauteile Ermittlung und Nachweis der Betriebsfestigkeit konstruktive und unternehmerische Gesichtspunkte Springer 1992 S 42 Hans Peter Latscha Helmut Alfons Klein Anorganische Chemie Chemie Basiswissen I Springer 8 Aufl 2002 S 252 Fritz Kurt Kneubuhl Repetitorium der Physik Teubner 4 Aufl 1990 S 248 Wolfgang Demtroder Experimentalphysik 1 Mechanik und Warme Springer 7 Aufl 2015 S 384 Thomas Frey Martin Bossert Signal und Systemtheorie Teubner 2004 S 133