5. Seminar Entropie und 2. Hauptsatz

5. Seminar
Entropie und 2. Hauptsatz
1. In einem vollkommen wärmeisolierten Behälter mit starren Wänden befinden sich M = 2 kg
Flüssigkeit mit der Temperatur ϑ1 = 30 °C. Die spezifische Wärmekapazität dieser Flüssigkeit
beträgt cV = 4 kJ/(kg K). Mit einem Rührwerk wird dem System eine Reibungsarbeit
WR,12 = 40 kJ zugeführt. Wie groß ist die Entropieänderung der Flüssigkeit?
2. Durch eine ebene Betonwand von s = 0,3 m Dicke wird stationär Wärme geleitet. Die
konstanten Oberflächentemperaturen der Wand sind innen ϑW,i = 27 °C und außen ϑW,a = 23 °C. Die Wärmestromdichte wird mit q& = 150 W/m2 angegeben.
a) Wie groß sind die Entropiestromdichten auf den Wandoberflächen?
b) Wie groß ist die Entropieproduktion in V = 3 m3 Beton?
3. In einem Zylinder wird Luft isotherm bei Umgebungstemperatur (ϑU = 20 °C) von
p1 = 0,1 MPa auf p2 = 0,5 MPa verdichtet. Stellen Sie den Prozeß im T,s-Diagramm dar und
berechnen Sie
a) die Änderung der spezifischen Entropie der Luft im Zylinder und
b) die Entropieänderung des adiabaten Gesamtsystems (Luft im Zylinder und
Umgebung)!
4. In einem Zylinder befindet sich 1 m3 Luft mit ϑ1 = 500 °C und p1 = 1 MPa. Durch isobare
Wärmeabgabe an die Umgebung verringert sich das eingeschlossene Volumen auf zwei
Drittel, es tritt dabei keine Reibung auf. In dieser Position wird der Kolben arretiert und der
Luft weiterhin Wärme bis zum Erreichen der Umgebungstemperatur von ϑ3 = 20 °C entzogen.
a) Zu bestimmen ist die abgegebene Wärme, die Änderung der inneren Energie und die
Volumenänderungsarbeit!
b) Wie groß ist die Entropieänderung des Zylinderinhalts?
c) Die Entropieproduktion des Systems Zylinder-Umgebung ist zu ermitteln!