Stationärer Vorgang

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Der Begriff stationärer Vorgang kennzeichnet in der Physik und Chemie einen Vorgang in einem System, der sich im zeitlichen Verlauf nicht ändert, obwohl im System Vorgänge ablaufen.[1][2] Beispielsweise gibt es in einem stationären elektrischen Feld zwar Vorgänge, aber nur solche, die das Feld zeitlich nicht verändern, was geradezu die Definition des stationären Feldes ist.[3]

Der stationäre Vorgang wird als derjenige Vorgang verstanden, der sich nach einer äußeren Anregung einstellt (z. B. durch Einschalten, Belastungsänderung, Störung im Prozess), nachdem Ausgleichvorgänge abgeklungen sind. Wird in einem physikalischen System ein stationärer Vorgang durch einen Eingriff gestört, so erfolgt der Übergang von einem eingeschwungenen Vorgang in einen anderen eingeschwungenen Vorgang nicht sprungartig im Änderungszeitpunkt, sondern stetig.[4]

Dabei sind zwei Ausprägungen zu sehen:

  1. Es stellt sich ein zufälliger (stochastischer) Vorgang ein, der ruhend erscheint. Die statistischen Eigenschaften – insbesondere der Mittelwert – unterliegen keiner zeitlichen Änderung.[5][6][7] In einem Strömungsprozess stellt sich ein Fließgleichgewicht ein, in dem sämtliche den Vorgang kennzeichnende Zustandsgrößen zeitlich konstante Werte annehmen, aber bei einer endlichen Reaktionsgeschwindigkeit.[8] Beispielsweise wird ein elektrischer Leiter ab dem Einschalten eines elektrischen Stromes mit der Zeit erwärmt, bis sich durch die zugleich steigende Wärmeableitung eine erhöhte, dann aber wieder stationäre Temperatur einstellt, siehe Stromwärmegesetz.
  2. Es stellt sich ein periodischer Vorgang ein, der als stationäre Schwingung[9][10] bezeichnet wird, wenn ihre charakteristischen Größen – Scheitelwert und Frequenz – zeitunabhängig sind.[11] Periodische Vorgänge sind a priori stationär.[6] Beispielsweise gehören hierzu periodische Vorgänge der Wechselstromtechnik.

Jede Art von Dämpfung eines stabil schwingfähigen Systems führt zum Abklingen einer Schwingung bis zur Ruhelage. Wird aber dem Prozess fortlaufend Energie zugeführt, die die Dämpfungsverluste ausgleicht, so kann der Vorgang zeitlich unbefristet ablaufen. Beispiele:

  • 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 Rektion verläuft in der Regel bis zu einem chemischen Gleichgewicht mit einer gegenläufigen Reaktion, wobei die Gesamtreaktion dann ruhend erscheint, obwohl die Einzelreaktionen weiterhin ablaufen. Daneben gibt es auch oszillierende Reaktionen. Beispielsweise fungieren sie als Taktgeber für periodische biologische Prozesse.

Siehe auch[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Einzelnachweise[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  1. Jürgen U. Keller: Technische Thermodynamik in Beispielen, Teil 1: Grundlagen. de Gruyter, 1979, S. 258
  2. Frank Ahnert: Einführung in die Geomorphologie. Eugen Ulmer, 5. Aufl. 2015, S. 24 ff
  3. Walter Weizel: Lehrbuch der theoretischen Physik; Erster Band: Physik der Vorgänge. Springer, 2. Aufl., 1955, S. 355
  4. Wilfried Weißgerber: Elektrotechnik für Ingenieure 3: Ausgleichsvorgänge, Fourieranalyse, Vierpoltheorie. Springer Vieweg, 8. Aufl., 2013, S. 1
  5. Günter Ludyk: Theoretische Regelungstechnik 1: Grundlagen, Synthese linearer Regelungssysteme. Springer, 1995, S. 179
  6. a b Tilo Peifer, Paul Profos (Hrsg.): Handbuch der industriellen Messtechnik. Oldenbourg, 6. Aufl. 1994, S. 53
  7. Erwin Haibach: Betriebsfeste Bauteile: Ermittlung und Nachweis der Betriebsfestigkeit, konstruktive und unternehmerische Gesichtspunkte. Springer, 1992, S. 42
  8. Hans Peter Latscha, Helmut Alfons Klein: Anorganische Chemie: Chemie-Basiswissen I. Springer, 8. Aufl. 2002, S. 252
  9. Fritz Kurt Kneubühl: Repetitorium der Physik. Teubner, 4. Aufl. 1990, S. 248
  10. Wolfgang Demtröder: Experimentalphysik 1: Mechanik und Wärme. Springer, 7. Aufl. 2015, S. 384
  11. Thomas Frey, Martin Bossert: Signal- und Systemtheorie. Teubner, 2004, S. 133