TU München Physik Department, T33 http://www.wsi.tum.de/T33 (Teaching) Prof. Dr. Peter Vogl, Thomas Eissfeller, Peter Greck Übung in Thermodynamik und Statistik 4B Blatt 0 1. Totales Differential Betrachten Sie die Funktion z = z(x, y) Benutzen Sie das totale Differential von z, um die folgende Relation zu zeigen: ∂x ∂y ∂z = −1 ∂y z ∂z x ∂x y (1) (2) 2. Stirling-Formel Zeigen Sie, dass näherungsweise gilt ln n! ≈ n ln n − n (3) Hilfe: Wandeln Sie zunächst ln n! in eine Summe um, und nähern Sie anschließend die Summe durch ein Integral. 3. Temperaturausgleich Ein 5 kg Kupferblock mit einer Temperatur von 300◦ C wird in 20 Liter 0◦ C warmes Wasser getaucht. Schätzen Sie die Gleichgewichtstemperatur ab, die sich dabei in einem thermisch isolierten Behälter ergibt. Hinweis: CP (H2 O) = 4.18 kJ/(kg K) und CP (Cu) = 0.39 kJ/(kg K). 4. Druckerhöhung bei konstantem Volume In einem festem Volumen von 2 m3 ist Helium bei einer Temperatur von 50◦ C und einem Druck von 200 kPa enthalten. Wieviel Wärme muss dem System zugeführt werden, um den Druck auf 800 kPa zu erhöhen? 5. Heizen im Winter Auf die Frage “Warum heizen wir im Winter?” antwortet der Laie: “Um die Temperatur der Raumluft zu erhöhen”. Im Hinblick auf den ersten Hauptsatz könnte der Physiker vielleicht antworten: “Wir führen die Wärmemenge zu, um die innere Energie E der Raumluft zu erhöhen”. Berechnen Sie die Änderung der Energie der Raumluft bei einer Temperaturänderung um ΔT , wobei die Luft als ideales Gas mit cV = const. behandelt wird. Beachten Sie, dass der Druck P = P0 wegen der Ritzen in Türen und Fenstern konstant auf Umgebungsdruck gehalten wird. Why do we have Winter Heating?, R. Emden, Nature 141, 908-909 (21 May 1938) — doi:10.1038/141908a0 1