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Thermodynamics of Environmental Systems

Thermodynamik in Umweltsystemen
 Studiengänge:
Wahlpflichtfach M. Sc. Water Science and Engineering (PC741)
 Freier Wahlbereich M. Sc. Geoökologie
 Sprache: Englisch
 Vorkenntnisse:
Vorkenntnisse in der Programmierung mit Matlab. Ansonsten wird dringend empfohlen, am Kurs 'Einführung in Matlab' teilzunehmen
 Leistungspunkte/ECTS:  6

Qualifikationsziele

Die Studierenden können Umweltsysteme als hierarchisch gegliederte Teile des Erdsystems beschreiben und sind in der Lage, die Grenzen, Zustandsgrößen und Prozesse des Wasser- und Energietransports ausgewählter Umweltsysteme zu benennen.
Die Studierenden kennen die Hauptsätze der Thermodynamik und können erklären, warum und wie diese eine wesentliche Grundlage zur Beschreibung aller Umweltsystemprozesse bilden.
Die Studierenden kennen die grundlegenden Mechanismen der Selbstorganisation und können auf dieser Basis erklären, wie Umweltsysteme sich durch Strukturaufbau vom thermodynamischen Gleichgewicht entfernen können.
Die Studierenden sind in der Lage, einfache Umweltsysteme rechnergestützt mit numerischen Verfahren aufzubauen und damit die Dynamik ausgewählter Prozesse des Wasser- und Energietransports zu simulieren.
Die Studierenden können Aufgabenstellungen in der Gruppe bearbeiten und die Ergebnisse präsentieren.

Lerninhalte

  • Grundlagen der Umweltsystemtheorie und –modellierung (Systemgrenzen, Systemzustände, deterministische, komplexe und chaotische Systeme)
  • Energie und Entropie
  • Arbeit und Leistung, Dissipation und thermodynamisches Gleichgewicht
  • Die vier Hauptsätze der Thermodynamik
  • Carnot Limit
  • Grundlagen der Selbstorganisation (positive und negative Feedbacks, Ordnungsparameter)
  • Entropie in der Thermodynamik und Informationstheorie: Gemeinsamkeiten und Unterschiede
  • Rechnergestützter Aufbau von Modellen für die Simulation der Dynamik einfacher Umweltsysteme bzgl. Wasser und Energie auf Basis einfacher numerischer Verfahren.
  • Die veranstaltungsbegleitenden Hausarbeiten werden in Gruppen erarbeitet und präsentiert.

Leistungsnachweise und Prüfungen

Prüfungsleistung anderer Art (veranstaltungsbegleitende Hausarbeiten und abschließende aufgabengeleitete Hausarbeit)

Literatur

  • Prigogine, I. (1989): What is entropy? Naturwissenschaften, 76, 1-8, doi: 10.1007/bf00368303.
  • Kleidon, A. (2010): Life, hierarchy, and the thermodynamic machinery of planet Earth, Physics of Life Reviews, 7, 424-460.

Ansprechpartner

Dr.-Ing. Uwe Ehret; Sprechstunde nach Vereinbarung

Prof. Dr.-Ing. Erwin ZeheSprechstunde nach Vereinbarung

Vorlesungen
Titel Typ Dozent Semester
Vorlesung / Übung (VÜ) WS 16/17