Einleitung
Die bisher behandelten thermodynamischen Vorgänge, liefen alle in geschlossenen Systemen ab. Sehr viel häufiger hat man es allerdings mit offenen Systemen zu tun. Im Gegensatz zu geschlossenen Systemen, findet bei offenen Systemen nicht nur ein Energieumsatz in Form von Wärme oder Arbeit statt sondern auch ein Masseaustausch mit der Umgebung. Dies ist zum Beispiel bei Pumpen, Verdichtern, Flugzeugtriebwerken oder Gasturbinen der Fall. Bei diesen Maschinen tritt von der einen Seite Masse in das System ein und auf der einen Seite wieder aus.
Dieses Durchschieben der Masse durch ein offenes System ist mit einem zusätzlichen Energieumsatz verbunden. Dies soll im Folgenden am Beispiel einer Wasserpumpe verdeutlicht werden. Hierfür soll für Bewässerungszwecke Wasser aus einem Wasserbecken entnommen werden. Ein Gartenschlauch mit angebrachter Düse führt zunächst vom Wasserhahn des Beckens direkt an ein Pflanzenbeet. Da der Wasserstrahl allerdings zu "schwach" ist, um alle Stellen des Beetes auf diese Weise zu bewässern, wird eine elektrische Pumpe auf halbem Wege eingebaut. Ähnlich einer Schiffsschraube, sitzt in der Pumpe ein rotierendes Laufrad. Dieses setzt das Wasser im vorderen Teil des Schlauches unter hohen Druck. Somit strömt das Wasser mit einem höheren Druck aus und sorgt für eine entsprechend größere Reichweite des Wasserstrahls [fahre hierzu mit der Maus über die Abbildung].
Interaktive Abbildung: Gartenschlauch für Bewässerungszwecke
Die Wasserpumpe stellt ein typisch offenes System dar, in das Masse am Pumpeneingang einströmt und in geändertem Zustand (hier: größerem Druck) am Pumpenausgang wieder ausgeschoben wird. Unter vereinfachten, reibungsfreien Bedingungen soll im Folgenden nun der Fragestellung nachgegangen werden, welche Arbeit die Pumpe aufwenden muss, um eine bestimmte Wassermasse zu fördern.
Abbildung: Gartenschlauch mit Pumpe
Hierzu müssen die energetischen Prozesse am Eingang und am Ausgang der Pumpe näher betrachtet werden. Zunächst muss geklärt werden, wie das Wasser überhaupt in die Pumpe gelangt. Deshalb werden im nächsten Abschnitt vorerst die Vorgänge unmittelbar vor dem Pumpeneingang betrachtet ("Saugseite").