Übung Nr. 5 zur Vorlesung Physik für Maschinenbau

Übung Nr. 5 zur Vorlesung
Physik für Maschinenbau
Vorname:
Studienfach:
Nachname:
Ο Physik Bachelor Ο 2 Fach Bachelor
Prof. Dr. Peter Lemmens
Dipl. Phys. Dirk Wulferding
Matrikel-Nr:
Ο andere:
1. Reversible adiabatische Expansion eines Gases
0.5 mol eines einatomigen idealen Gases mit einem Druck von 400 kPa und einer Temperatur
von 300 K expandieren reversibel, bis der Druck auf 160 kPa abgesunken ist. Ermitteln Sie
die Endtemperatur, das Endvolumen, die netto zugeführte Arbeit und die netto aufgenommene
Wärmemenge, wenn die Expansion a) isotherm bzw. wenn sie b) adiabatisch abläuft.
Hinweis: Bestimmen Sie zunächst das Anfangsvolumen. Wie hängt nach dem 1. Hauptsatz
die verrichtete Arbeit mit der aufgenommenen Wärme zusammen? Bei einem reversiblen
adiabatischen Prozess ist das Produkt pVκ konstant (κ = Cp/CV).
2. Expansion & Entropie
2 mol eines idealen Gases expandieren bei 400 K reversibel und isotherm vom
Anfangsvolumen 40 l auf das doppelte Volumen. Wie hoch sind die Entropieänderungen a)
des Gases und b) des Universums?
Hinweis: Was gilt für die innere Energie U des Gases bei freier Expansion?
3. Kupferblock im Wasserbad
Ein Kupferblock mit der Masse 1 kg hat eine Temperatur von 100 °C. Er wird in ein
Kalorimeter mit vernachlässigbarer Wärmekapazität gegeben, das 4 l flüssiges Wasser mit 0
°C enthält. Wie groß sind die Entropieänderungen a) des Kupferblocks, b) des Wassers, c) des
Universums?
Hinweis: Die spezifische Wärmekapazität von Kupfer beträgt cCu = 0.386 kJ / kgK, die von
Wasser cW = 4.184 kJ / kgK. Überlegen Sie, wie groß die vom Kupferblock abgegebene, bzw.
die vom Wasser aufgenommene Wärmemenge ist. Wie hängt die Entropieänderung mit den
Anfangs- und Endtemperaturen zusammen?
Die Übungsblätter sind online abrufbar unter
http://www.ipkm.tu-bs.de Lehre Vorlesungen Physik für Maschinenbau