Physik II Übung 5

Physik II
Übung 5
Stefan Reutter
Moritz Kütt
Franz Fujara
SoSe 2012
Aufgabe 1 Diskussion: Beim Bremsen heißgelaufen
Beim Herunterfahren von einer Passstraße langweilt ein LKW-Fahrer sich leicht. Zum Zeitvertreib könnte er abschätzen, wie heiß seine Bremsen wohl werden. Er legt eine Höhendifferenz
von 200 m zurück und die Anfangs- ist gleich der Endgeschwindigkeit.
Nimm vernünftige Werte für Wärmekapazität und Masse der Bremsen, etc. an und tu so, als ob
die Bremsen ihre Wärme nicht loswerden könnten um die Erwärmung der Bremsen abzuschätzen.
Mache das gleiche für ein ständig beschleunigendes und bremsendes Formel-1-Auto mit CarbonBremsen. Machen alle Annahmen Sinn?
Aufgabe 2 Diskussion: Bestimmung von molaren Massen
Du willst die Molmasse eines unbekannten Gases bestimmen. Das kann man z.B. machen, indem
man mit einem Kolben einen konstanten Druck p (der größer als der Außendruck ist) in einem
Gasvolumen erzeugt, das durch eine kleine Öffnung mit der Außenwelt verbunden ist. Misst
man die Zeit, die benötigt wird, um das gesamte Gas herauszudrücken, kann man die Molmasse
bestimmen. Überlege dir, wie das funktioniert, bzw. wie man aus einer Messung der Zeit die
Masse erhält.
Aufgabe 3 Diskussion: Die Eisheiligen, das Obst und Väterchen Frost
Auch noch im späten Frühjahr / frühen Sommer kann es in Obstanbauregionen vereinzelt zu
frostigen Nächten kommen. Dies kann die Blüten der Pflanzen schädigen. Findige Menschen
haben sich jedoch Abhilfe ausgedacht: Bei frostigen Nächten werden die Felder mit Wasser
besprüht, welches dann an den Pflanzen gefriert.
Wieso kann das helfen?
Aufgabe 4 Kühlung in Fukushima
In Kernreaktoren wird auch nach einer Abschaltung der nuklearen Kettenreaktion weiter Wärme freigesetzt (Nachzerfallswärme). Diese Wärme entsteht durch den radioaktiven Zerfall von
während des Betriebs erzeugten Spaltprodukten. Die enstehende Energie muss auch noch lange
nach der Abschaltung weiter abgeführt werden.
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Der Reaktorblock 2 des Kernkraftwerks Fukushima, Japan, war am 11.03.2011 mit einer thermischen Leistung von rund 2300 MW in Betrieb. Nach dem Erdbeben wurde er abgeschaltet. Ein
Jahr später wird durch die Nachzerfallswärme noch eine Leistung von rund 5 MW frei. Welche
Menge Wasser (T0 = 20◦ C) kann mit einer solchen Leistung pro Stunde verdunstet werden?
Aufgabe 5 Bleigießen mal anders!
Statt das Blei zum Bleigießen mit einer Kerze zu erwärmen, kann man auch Folgendes machen:
Man schießt eine Kugel Blei gegen eine sehr stabile Wand. Wie schnell muss eine Bleikugel (Temperatur bei Abschuss Ta = 30◦ C sein, damit sie nach dem Auftreffen vollständig schmilzt? Nimm
dabei an, dass die gesamte kinetische Energie der Kugel in innere Energie des Bleis umgewandelt
wird.
Recherchiere benötigte Materialeigenschaften von Blei selbst!
Aufgabe 6 Isochore Erwärmung
2 mol eines einatomigen idealen Gases werden bei konstantem Volumen um 10 K erwärmt.
a) Wie groß ist die vom Gas verrichtete Arbeit?
b) Wie groß ist die übertragene Wärmemenge ∆Q?
c) Wie groß ist die Änderung der inneren Energie?
d) Wie groß ist die Änderung der mittleren kinetischen Energie pro Atom?
Aufgabe 7 Isobare Erwärmung und Ausdehnung
Einem idealen Gas mit Raumtemperatur werden bei konstantem Druck von 1 atm eine Wärmemenge von 21 J zugeführt. Dabei ändert sich das Volumen von 45 cm3 auf 75 cm3 .
a) Wie groß ist die Änderung der inneren Energie?
b) Wie groß ist C p ?
c) Wie groß ist Cv ?
Aufgabe 8 Kalorimeter kühlt Kupferklotz
Eine heiße Kupferkugel der Masse mKu = 50 g und Temperatur T wird in ein mit mW = 250 g
Wasser gefülltes Kupferkalorimeter der Masse mKa = 150 g geworfen. Man stellt fest, dass
dabei mV = 1 g Wasser verdampft sind und der Rest des Kalorimeters sich von T1 = 20 ◦ C auf
T2 = 30 ◦ C erwärmt hat. Bestimme T .
Aufgabe 9 Kritisch - Van-der-Waals
Für ein Van-der-Waals Gas beträgt das Volumen am kritischen Punkt Vk = 3b, die Temperatur
8a
a
Tk = 27Rb
und der Druck pk = 27b
2.
Leite diese Zusammenhänge aus der Van-der-Waals-Gleichung her!
Hinweis: Am kritischen Punkt besitzt die Funktion p(V ) für konstantes T einen Wendepunkt mit
waagerechter Tangente!
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