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? 1/2 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. 2/2