Teil 2, 4. Übungsstunde

Übungen Physik, FF1b1
WS 2013/2014
Teil 2, 4. Übungsstunde
1. Ein dreiatomiges Gas (Anfangstemperatur = Außentemperatur = 27◦ C) wird sehr schnell auf die Hälfte
seines Volumens komprimiert.
a) Wie heißt diese Zustandsänderung? Um welchen Faktor steigt der Druck?
b) Wie hoch ist die Endtemperatur? Wie groß ist ∆Q?
c) Um welchen Faktor steigt der Druck, wenn man die Zustandsänderung sehr langsam in einem nicht
wärmeisolierten Gefäß durchführt?
2. Es handelt sich beim Gas in Aufgabe 1 um 0,24 g Ozon (O3 ). Berechnen Sie ∆U , ∆Q und ∆W !
3. In einer Fahrradpumpe wird ein Volumen Luft (T = 0◦ C) auf ein Drittel seines Volumens sehr schnell
komprimiert.
a) Um welchen Faktor steigt der Druck?
b) Wie groß ist nach der Kompression die Temperatur?
c) Wie ändern sich Druck und Temperatur, wenn man die Kompression isotherm durchführt?
4. a) Welche der drei Kurven zeigen isotherme und adiabatische Zustandsänderungen eines Gases? (dünne Linie, dicke Linie, gestrichelte
Linie)
b) Welche Formeln gelten für diese Zustandsänderungen und was bedeuten die Größen, die in ihnen vorkommen?
c) Was bedeutet die schraffierte Fläche, wie groß ist sie ungefähr?
d) Welche Zustände (A, B, C oder D) haben dasselbe Volumen, welche
dieselbe Temperatur?
5. Die Wärmekraftmaschine arbeitet mit Zustandsänderungen von Gasen.
a) Welche Zustandsänderungen? In welcher Umgebung muss expandiert und komprimiert werden?
b) Von welcher zu welcher Umgebung fließt dabei die Wärme? Fließt sie dabei in dieselbe Richtung wie
in der freien Natur oder umgekehrt?
c) Welche der drei Energien ∆U , ∆Q, ∆W wird dabei in welche Energie verwandelt. Welche muss von
außen zugeführt werden, welche bleibt gleich?
d) Was sind die Unterschiede zwischen Wärmekraftmaschine und Kältepumpe?
6. Bestimmen Sie die Größen ∆U , ∆Q und ∆W der folgenden Zustandsänderungen. Wie heißen diese
Größen?
a) Wir erwärmen 0,48 g Sauerstoff bei konstantem Volumen von 10◦ C auf 20◦ C.
b) Wir erwärmen 0,84 g Stickstoff bei p = 150 000 Pa=const von 10◦ C auf 20◦ C.
c) Berechnen Sie die Änderung ∆V des Volumens in Frage b).
7. Beweisen Sie analog zur Gleichung von Meyer die folgende Beziehung für die spezifischen Wärmekapazitäten:
cp –cv = Rspez !
8. a) Welche Aussagen sind richtig?
1) Jede Carnot-Maschine nimmt mehr Wärme aus dem heißen Reservoir auf als sie an das kalte
Reservoir abgibt.
2) Jede Carnot-Maschine gibt nach aussen mechanische Arbeit ab.
3) Es gibt Wärmekraftmaschinen, welche die Wärme besser in Arbeit verwandeln als die CarnotMaschine.
4) Bei der Wärmekraftmaschine fließt die Wärme wie in der Natur von “heiß” zu “kalt”.
5) Jede Wärmekraftmaschine gibt auch Wärme an das kalte Reservoir ab.
6) Jede Kältepumpe gibt mehr Wärme an das heiße Reservoir als sie vom kalten Reservoir nimmt.
7) Jede Kältepumpe nimmt von aussen mechanische Arbeit auf.
8) Bei der Kältepumpe fließt die Wärme wie in der Natur von “heiß” zu “kalt”.
b) In einem Carnot-Prozeß mit dem Wirkungsgrad η = 0, 6 wird bei der Temperatur 900 K die
Wärmemenge von 2000 J zugeführt.
Welche Wärmemenge wird abgeführt und bei welcher Temperatur geschieht dies?