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.<ref>Jürgen U. Keller: Technische Thermodynamik in Beispielen, Teil 1: Grundlagen. de Gruyter, 1979, S. 258</ref><ref> Walter J. Moore: Grundlagen der Physikalischen Chemie. de Gruyter, 1990, S. 338</ref><ref>Frank Ahnert: Einführung in die Geomorphologie. Eugen Ulmer, 5. Aufl. 2015, S. 24 ff</ref> Beispielsweise verläuft in einem Wärmetauscher der fortwährende Wärmetransport stationär, wenn die Temperatur an einer gegebenen, beliebigen Stelle des Wärmetauschers konstant ist.<ref>Ralf Bürgel: Handbuch Hochtemperatur-Werkstofftechnik: Grundlagen ... . Vieweg, 3. Aufl., 2006, S. 27</ref>

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.<ref>Wilfried Weißgerber: Elektrotechnik für Ingenieure 3: Ausgleichsvorgänge, Fourieranalyse, Vierpoltheorie. Springer Vieweg, 8. Aufl., 2013, S. 1</ref>

Dabei sind zwei Ausprägungen zu sehen:

Es stellt sich ein aperiodischer Vorgang ein, der trotz eines Durchsatzes ruhend erscheint.<ref>Günter Ludyk: Theoretische Regelungstechnik 1: Grundlagen, Synthese linearer Regelungssysteme. Springer, 1995, S. 179</ref><ref name="PP">Tilo Peifer, Paul Profos (Hrsg.): Handbuch der industriellen Messtechnik. Oldenbourg, 6. Aufl. 1994, S. 53</ref><ref>Erwin Haibach: Betriebsfeste Bauteile: Ermittlung und Nachweis der Betriebsfestigkeit, konstruktive und unternehmerische Gesichtspunkte. Springer, 1992, S. 42</ref> In einem Strömungsprozess stellt sich ein Fließgleichgewicht ein, in dem sämtliche den Vorgang kennzeichnenden Zustandsgrößen – bei endlicher Reaktionsgeschwindigkeit – zeitlich konstante Werte annehmen.<ref>Hans Peter Latscha, Helmut Alfons Klein: Anorganische Chemie: Chemie-Basiswissen I. Springer, 8. Aufl. 2002, S. 252</ref> 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<ref>Fritz Kurt Kneubühl: Repetitorium der Physik. Teubner, 4. Aufl. 1990, S. 248</ref><ref>Wolfgang Demtröder: Experimentalphysik 1: Mechanik und Wärme. Springer, 7. Aufl. 2015, S. 384</ref> bezeichnet wird, wenn ihre charakteristischen Größen – Scheitelwert und Frequenz – zeitunabhängig sind.<ref>Thomas Frey, Martin Bossert: Signal- und Systemtheorie. Teubner, 2004, S. 133</ref> Periodische Vorgänge sind von vornherein stationär.<ref name="PP" /> 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[Bearbeiten]

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[Bearbeiten]