Experimentalphysik III Prof. M. Bargheer Übungen: Wouter

Experimentalphysik III
Prof. M. Bargheer
Übungen: Wouter Koopman, Matthias Rössle,
WS 2013/14
Axel Heuer
Zum 10.12.13
Aufgabenblatt 8
I) Gelerntes wiedergeben
I.21) Nennen Sie alle thermodynamischen Zustandsvariablen, die Sie kennen.
I.22) Nennen Sie zwei Formulierungen des zweiten Hauptsatzes der Thermodynamik
I.23) Kann die Entropie in einem geschlossenen Gaszylinder abnehmen? Wenn ja: Wie?
II) Einfache Aufgaben
II. 17) Entropieänderung: Wie groß ist die Entropieänderung bei einem reversiblen
a) isobaren,
b) isochoren,
c) isothermen und
d) adiabatischen Prozess.
II. 18) Thermodynamische Identität: U+pV-TS=0
Zeigen Sie mit Hilfe der obigen Gleichung, die das thermodynamische Gleichgewicht beschreibt, dass die
Enthalpie H = U + pV unter adiabatisch-isobaren Bedingungen ein Extremum aufweist, d.h. dass die Ableitung verschwindet (genauer gesagt hat die Enthalpie ein Minimum, zu dem das thermodynamische System strebt).
*II. 19 Entropie und Wärme im Wohnzimmer
Überlegen Sie sich einmal genau, was mit der Luft passiert, wenn Sie Ihr Wohnzimmer heizen. Nehmen Sie
an, Sie führen durch die Heizkörper (und Wände, Gegenstände, etc. insgesamt) eine Wärmemenge Q zu.
Ihr Wohnzimmer umfasst V = 90 m3 Luft.
a) Wie viel Mol (ñ sind das (p = 1000 mbar, T = 20°C)?
b) Wie viel Wärmeenergie Q müssen Sie zuführen, um das Zimmer (bei konstantem Druck) um 1 K zu
erwärmen? Hängt das Ergebnis davon ab, bei welcher Temperatur Sie starten? Dann nehmen Sie 20°C.
Rechnen Sie mit 100% Stickstoff (5 Freiheitsgrade).
c) Die Luft dehnt sich durch diese Erwärmung natürlich aus. Bei konstantem Außendruck muss also Luft
aus dem Zimmer entweichen. Welcher Volumenbruchteil V / V der Gasmoleküle verlässt den Raum?
d) Wie ändert sich der gesamte Energiegehalt U der im Zimmer befindlichen Raumluft? Berechnen Sie
einfach die innere Energie der übrig bleibenden Mole (ñ ñ
e) Wieviel Entropie haben Sie dem gesamten Gas zugeführt (Hinweis: dQ = cpdT)?
III) Vertiefende Aufgaben
*III. 14) Entropie beim Wasser verschütten (Six Ideas)
Berechnen Sie die Entropieänderung, die ein Liter Wasser erfährt, wenn man ihn aus einer Höhe von
100m in ein identisches Gefäß umgießt. Denken Sie sich dafür einen reversiblen Ersatzprozess, bei dem
Sie die potentielle Energie gewinnen indem Sie das Wassergefäß langsam absenken und nachträglich mit
der gewonnenen Energie aufheizen.
III. 15) Dritter Hauptsatz
a) Entnehmen Sie der Literatur eine gültige Formulierung des dritten Hauptsatzes der Thermodynamik.
b) Machen Sie sich Gedanken über den Zusammenhang mit der spezifischen Wärmekapazität (Demtröder
I, Kap. 10.3).