Übungen zur Vorlesung „Physikalische Chemie 1“ (B.Sc.) Blatt 5

Übungen zur Vorlesung „Physikalische Chemie 1“ (B. Sc.)
Blatt 5
Prof. Dr. Norbert Hampp
Jens Träger
Sommersemester 2007
14. 05. 2007
1. Eine Dampfmaschine arbeitet mit Dampf von 100 ◦ C, der bei 60 ◦ C wieder abgegeben wird.
a) Wie hoch ist ihr maximaler thermodynamischer Wirkungsgrad?
b) Berechnen Sie die maximale Arbeit, die man pro 1 kJ zugeführter Wärme gewinnen
kann.
c) Wieviel Wärme wird pro 1 kJ aus dem warmen Reservoir entnommener Wärme an das
kalte Reservoir abgegeben, wenn der Prozess reversibel verläuft?
2. Bei konstantem Druck wird ein Mol der Gase
a) Helium
b) Sauerstoff
von T1 = 200 K auf T2 = 250 K erwärmt. Berechnen Sie jeweils die Entropieänderung ∆S
unter der Annahme, dass sich beide Gase ideal verhalten.
3. Die Stoffmenge von 4 mol Ethan (C2 H6 ) soll von T1 = 25 ◦ C auf T2 = 120 ◦ C erwärmt werden.
Welche Wärmemenge ist dazu notwendig, wenn die mittlere Wärmekapazität von Ethan in
dem Temperaturbereich Cp,molar = 59, 47 J mol−1 K−1 beträgt und der Vorgang unter
a) isochoren
b) isobaren
Bedingungen abläuft.
4. Ein Mol eines idealen Gases werde ausgehend vom Volumen V1 = 1 m3 bei T1 = 300 K auf
das Volumen V2 = 10 m3 expandiert, ohne dass dabei Arbeit verrichtet wird. Berechnen Sie
jeweils ∆U , ∆H und ∆S sowohl für das Gas als auch für die Umgebung, wenn die Expansion
a) adiabatisch und irreversibel
b) isotherm und reversibel
abläuft.
5. In einer Kältemaschine wird unter Druck stehendes Ammoniak adiabatisch auf das 2,5-fache
Ausgangsvolumen entspannt.
a) Welche Temperatur hat das Gas nach der Entspannung, wenn sein Ausgangstemperatur
54 ◦ C war? Der Adiabatenexponent von Ammoniak ist γ = 1, 28.
b) Pro Stunde durchlaufen 5, 6 · 105 mol Ammoniak die Anlage. Die mittlere molare Wärmekapazität ist CV,molar = 26, 74 J mol−1 K−1 . Wie groß ist die Entropieänderung ∆S?
Dieses Übungsblatt wird am Freitag, 18. 05. 2007 in den jeweiligen Übungsgruppen besprochen.