Physik II für Geowissenschaftler und Geoökologen Übung 8

Universität Potsdam
Institut für Physik und Astronomie
SoSe 12
Physik II für Geowissenschaftler und Geoökologen
Übung 8: Thermodynamik, Carnot-Kreisprozess, Entropie,
1) Berechnen Sie die Entropie-Änderung, wenn ein Eisblock von 0,125 kg bei 0°C
schmilzt. Der Schmelzprozess soll als reversibel angesehen werden. Die spezifische
Schmelzwärme des Eises beträgt L = 33,5 x 104 J/kg. ?
2) Zwei identische Kupferblöcke der Masse m1 = m2 = 1,5 kg seien gegeneinander und
gegen die Umgebung ideal wärmeisoliert. Der eine Block habe eine Temperatur von
60°C und der zweite eine Temperatur von 20°C. Nun werden beide Blöcke durch
Herausziehen der zwischen ihnen befindlichen Wärmeisolation miteinander in
Wärmekontakt gebracht, wobei sich die Gleichgewichtstemperatur von 40°C
einstellt. Die spezifische Wärmekapazität von Kupfer beträgt 386 J/(kg K). Wie
ändert sich die Entropie des aus beiden Blöcken gebildeten Systems bei diesem
irreversiblen Vorgang?
3) Vier Carnot-Maschinen arbeiten bei unterschiedlichen Temperaturen der kalten und
warmen Wärmereservoire. Sortieren Sie diese bezüglich ihrer thermodynamischen
Wirkungsgrade:
Maschine
Tkalt
Twarm
1
400K
600K
2
400°C
600°C
3
600K
800K
4
600°C
800°C
Wirkungsgrad η
4) Ein Erfinder behauptet, eine Maschine mit einem Wirkungsgrad von 75% konstruiert
zu haben, die zwischen dem Siedepunkt und dem Schmelzpunkt des Wassers
arbeitet. Ist das möglich?
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5) Stellen Sie sich eine Carnot-Maschine vor, die bei der Temperatur des warmen
Reservoirs von 850°C und der Temperatur des kalten Reservoirs von 300K arbeitet.
Diese Maschine leistet 1200J an Arbeit bei jedem Arbeitszyklus. Der Zyklus dauert
0,25 Sekunden.
a) Welchen maximalen Wirkungsgrad hat die Maschine?
b) Welche durchschnittliche Leistung liefert diese?
c) Welche Wärmemenge wird dem Reservoir hoher Temperatur bei jedem Zyklus
entzogen?
d) Wieviel Energie wird dem Reservoir niedriger Temperatur pro Zyklus als Wärme
zugeführt?
6) Eine Carnot-Maschine hat einen Wirkungsgrad von 22% und wird zwischen den
Wärmereservoiren konstanter Temperatur TH und TL betrieben, deren
Temperaturdifferenz 75K beträgt. Berechnen Sie die Temperaturen beider
Reservoire.
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