Thermodynamik der Atmosphäre Übungszettel Nr. 2 - Max

Andreas Chlond
Max-Planck-Institut für Meteorologie
SS 2016
Thermodynamik der Atmosphäre
Übungszettel Nr. 2
Aufgabe 1 (Das ideale Gas):
• Wann ist ein Gas ideal?
• Leite aus dem Gesetz von Gay-Lussac (1802)
(a)
T'
V' = -----V 0 ,
T0
p 0 = const
und dem Gesetz von Boyle (1664)
(b)
p'  V' = p 0  V 0 ,
T 0 = const·
die Zustandsgleichung des idealen Gases ab. p ist der Druck, V das Volumen und T die
Temperatur des idealen Gases.
Aufgabe 2:
Mit Hilfe der Zustandsgleichung idealer Gase sollen technische Details des Ballonflugs
untersucht werden. Der Ballon sei kugelförmig mit einem Radius von 3.0 m.
• Welche Stoffmenge H2 (in mol) ist erforderlich, um den Ballon bei 298 K auf einen
Innendruck von 1 atm aufzupumpen?
• Welche Masse kann dieser Ballon in Höhe des Meeresspiegels (p0 = 1013. 2 hPa)
heben?
Aufgabe 3:
Ein Gefäß mit dem Volumen V = 10 l enthält bei T = 298 K 1.0 Mol N2 und 3 Mol H2.
Wie groß ist der Gesamtdruck, wenn sich beide Gase ideal verhalten?
Aufgabe 4:
Die Zusammensetzung trockener Luft beträgt (in Massenprozent) etwa 75.5% (N2),
23.2% (O2), 1.23% (Ar), 0.05 (CO2).
• Bestimme den Wert der Gaskonstanten für dieses Gemisch (Universelle Gaskonstante: R* = 8314 J /(K kmol), mN2=28.016 g mol-1, mO2=32.0 g mol-1,
mAr=39.944 g mol-1, mCO2=44.01 g mol-1
• Wie groß ist das fiktive Molekulargewicht trockener Luft?
• Wie groß ist der Partialdruck jeder Komponente bei einem Gesamtdruck von 105 Pa?
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Andreas Chlond
Max-Planck-Institut für Meteorologie
SS 2016
Aufgabe 5:
In einem durch einen beweglichen Kolben abgeschlossenen Zylinder befindet sich in reiner Sauerstoffatmosphäre etwas Stahlwolle, deren Druck von 101,325 kPa durch äußeren
Druck auf den Kolben konstant gehalten wird. Das Eisen des Stahls oxidiert unter diesen
Bedingungen langsam zu Fe2O3. Die dabei auftretende Reaktionswärme wird kontinuierlich abgeführt, so dass der Prozess bei konstanter Temperatur (T = 300 K) abläuft. Bei
der Oxidation von 2 mol Eisen
(c)
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2Fe + --- O 2  Fe 2 O 3
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müssen insgesamt 831,07 kJ abgeführt werden. Um welchen Wert ändert sich die innere
Energie des Systems?
(Fe und Fe2O3 sind Festkörper, die im Vergleich zu Sauerstoff ein vernachlässigbar kleines Volumen einnehmen).
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