Abschnitt 2, 5. Übungsstunde

Übungen Physik, FF1
SS 2017
Abschnitt 2, 5. Übungsstunde
2.5.1.
a) Wir expandieren ein zweiatomiges Gas (27◦ C, 100 000Pa) sehr langsam in einem Wasserbad zuerst
auf das Doppelte und danach auf das Dreifache seines Anfangsvolumens.
Wie ändern sich Druck und Temperatur?
Zeichnen Sie ein p-V-Diagramm dieser Zustandsänderung!
b) Wir expandieren ein zweiatomiges Gas (27◦ C, 100 000 Pa) sehr schnell zuerst auf das Doppelte und
danach auf das Dreifache seines Anfangsvolumens.
Wie ändern sich Druck und Temperatur?
Zeichnen Sie ein p-V-Diagramm dieser Zustandsänderung!
c) Wie heißen die beiden Kurven, die sie unter a) und b) gezeichnet haben?
Welche der Kurven ist immer steiler?
Welche Bedeutung hat die Fläche unter solchen Kurven?
2.5.2. Ein dreiatomiges Gas (Anfangstemperatur = 27◦ C) wird sehr schnell auf die Hälfte seines Volumens komprimiert.
a) Wie heißt diese Zustandsänderung? Wie ändert sich der Druck?
b) Wie hoch ist die Endtemperatur? Wie groß ist ∆Q?
c) Wie ändert sich der Druck, wenn man die Zustandsänderung sehr langsam in einem nicht wärmeisolierten
Gefäß durchführt?
2.5.3. Es handelt sich beim Gas in Aufgabe 2.5.2. um 0,24 g Ozon (O3 ).
Berechnen Sie ∆U , ∆Q und ∆W !
2.5.4. In einer Fahrradpumpe wird ein Volumen Luft (T = 0◦ C) auf ein Drittel seines Volumens sehr schnell
komprimiert.
a) Wie ändert sich der Druck?
b) Wie groß ist nach der Kompression die Temperatur?
c) Wie ändern sich Druck und Temperatur, wenn man die Kompression isotherm durchführt?
2.5.5.
a) Die Wärmekraftmaschine
– Sie komprimiert das Arbeitsgas in der
(komprimiert / expandiert) es in der
men) Umgebung.
(kalten / warmen) Umgebung und
(kalten / war-
– Sie gibt dabei
(wenig / viel) Wärme an die
(kalte / warme) Umgebung ab und nimmt
(wenig / viel) Wärme aus der
(kalten / warmen) Umgebung auf. Der Unterschied wird als mechanische
Arbeit
(zugeführt / frei).
– Wärme fließt dabei
(kalt / warm) zu
Dabei wird mechanische Arbeit
(wie in der / gegen die) Natur von
(kalt / warm) .
(zugeführt / frei).
Zeichnen Sie ein schematisches p-V -Diagramm mit den entsprechenden Wärmeflüssen!
Kennzeichnen Sie die Richtung des Kreisprozesses!
b) Formulieren Sie wie in a) die entsprechenden Aussagen für die Kältemaschine!
Zeichnen Sie ein schematisches p-V -Diagramm mit den entsprechenden Wärmeflüssen!
Kennzeichnen Sie die Richtung des Kreisprozesses!
2.5.6. In der Abbildung (p-V -Diagramm) gilt:
Die Fläche unter der Isotherme für die Kompression beträgt 400 Einheiten. Die
Fläche unter der Isotherme für die Expansion betrage 300 Einheiten. Die Fläche
unter der Adiabate beträgt je 50 Einheiten.
a) Wie heißt die Maschine, deren p-V Diagramm hier dargestellt ist?
b) Kennzeichnen Sie die angegebenen Flächen im p-V Diagramm! Welche physikalische Bedeutung haben sie? In welcher Einheit werden sie gemessen?
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c) Tragen Sie in die folgende Tabelle die Werte für die Änderung der Inneren Energie, der Wärme und
der mechanischen Arbeit ein!
Isotherme
Adiabatische Isotherme Adiabatische Gesamt
Kompression Kompression Expansion
Expansion
∆W
∆Q
∆U
2.5.7. a) In einem Zimmer beträgt die Temperatur 20◦ C und die relative Luftfeuchtigkeit ist 85%.
Berechnen Sie den Partialdruck des Wasserdampfs!
b) Ein Brillenträger betritt von außen (Außentemperatur 10◦ C) den Raum und bemerkt plötzlich, dass
er nichts mehr sieht (die Brille ist beschlagen).
Warum passiert das? Begründen Sie mit einer Rechnung!
2.5.8. An einem sonnigen Tag beträgt die Temperatur 30◦ C und die relative Luftfeuchtigkeit ist 50%. Abends
geht die Sonne unter und die Temperatur sinkt auf 20◦ C.
Entscheiden Sie durch Rechnung, ob sich Regentröpfchen (Nebeltröpfchen) bilden! Wie hoch ist die relative Luftfeuchtigkeit nach Sonnenuntergang?
2.5.9. Ein Student stellt auf eine eingeschaltete Herdplatte (Heizleistung 1500 W) einen Topf mit 1,2 Liter Wasser der Temperatur 16◦ C.
a) Wie lange dauert es, bis das Wasser zu sieden beginnt?
b) Beschreiben Sie, was man unter dem Begriff Sieden“ versteht!
”
c) Der Student hat das Wasser auf der Herdplatte vergessen. Wie lange dauert es, bis das gesamte Wassers
verdampft ist?
2.5.10. Ein Stück Eis (m = 0, 2 kg) hat die Temperatur von tE = −18◦ C. Es wird erwärmt bis es sich vollständig
in Dampf mit der Temperatur tD = 105◦ C verwandelt hat.
a) Berechnen Sie, wieviel Wärme dafür nötig ist!
b) Skizzieren Sie das Temperatur-Wärme-Diagramm für den gesamten Vorgang!
Auszug aus der Formelsammlung:
p0 = 101 325 Pa,
ρWasser = 1000 kg/m3 = 1 kg/`,
cWasser = 4186 J/(kg ◦ C)
M(O2 ) = 32 g/mol,
M(O3 ) = 48 g/mol,
M(N2 ) = 28 g/mol,
M(H2 ) = 2 g/mol
R = 8, 314 J/(mol · K),
NA = 6, 022 · 1023 mol−1 ,
k = 1, 38 · 10−23 J/K
C
Cp = f +2
Cv = f2 R,
κ = Cvp = f +2
2 R,
f
p · V κ = const , T · V κ−1 = const
verschiedene Werte für Wasser:
Temperatur (◦ C)
Sättigungsdampfdruck pS (Pa)
0
610
10
1 230
20
2 330
30
4 340
ceis = 2, 1 kJ/(kg · K),
cwasser = 4, 2 kJ/(kg · K),
qS = 335 kJ/kg,
qV = 2257 kJ/kg,
100
101 325
cdampf = 2 kJ/(kg · K)
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