Uebung 07 - Universität Potsdam

Universität Potsdam
Institut für Physik und Astronomie
SoSe 11
Übung am 23./24.5.2010
Physik II für Geowissenschaftler und Geoökologen
Übung 7: Wärme und Wärmekapazität, 1. und. 2. Hauptsatz,
1) Ein Eisberg der Masse m = 50000 t treibt aus einer polaren Region (Temperatur
ϑ1 = -5°C) in wärmere Gewässer (Temperatur ϑ2 = 10°C) und schmilzt. Welche
Wärmemenge Q entzieht er seiner Umgebung?
2) Welche Wärmemenge entsteht beim Bremsen eines Güterzuges von 1200 t Masse,
der aus einer Geschwindigkeit von 50 km/h zum Halten gebracht wird?
3) Nach Erwärmung eines geschlossenen Gasbehälters von 20°C auf 200°C steigt der
Druck von 0,1 MPa auf 0,12 MPa. Wie viel Prozent der anfänglich vorhandenen
Moleküle entweichen dabei durch ein vorhandenes Leck?
4) Ein Kühlschrank hat die Innenmaße 1,0 m Höhe mal 0,6 m Tiefe mal 0,75 m Breite
und ein kleines Loch in der Rückwand. Zur Funktionsklärung folgende
Überlegungen:
a) Welche Zustandsänderung durchläuft die Luft im Kühlschrank ohne dieses Loch,
wenn Sie von Raumtemperatur 25°C auf 5°C abgekühlt wird? Welche Kraft wäre
nötig, um nach erfolgter Abkühlung die Tür zu öffnen? Der Außenluftdruck
beträgt 101325 Pa.
b) Welche Zustandsänderung findet im Kühlschrank mit Loch statt? Wie viel Luft
strömt nach?
5) Ein Liter eines idealen Gases wird bei einem Druck von 105 Pa isotherm auf das
doppelte Volumen expandiert. Danach wird es bei konstantem Druck auf sein
Ausgangsvolumen komprimiert und anschließend isotherm auf den Ausgangsdruck
gebracht.
a) Zeichnen Sie den Prozess in einem p-V-Diagramm und berechnen Sie die gesamte
am Gas verrichtete Arbeit.
1/2
b) Im isobaren Prozessschritt wird dem Gas eine Wärmemenge von 50 J entzogen.
Um welchen Betrag ändert sich dann die innere Energie im Gesamtprozess?
6) Die Luft in einem Heißluftballon hat eine mittlere Temperatur von ϑB = 80°C. Die
Umgebungsluft hat eine Temperatur von ϑA = 20°C. Der Ballon sei kugelförmig mit
einem Radius rB = 10 m. Es herrsche normaler Luftdruck von p0 = 101325 Pa. Die
Luft verhalte sich wie ein ideales Gas.
a) Berechnen Sie Dichte der Luft im Ballon bei ϑB = 80°C im Verhältnis zur Dichte
der Außenluft.
b) Wie viel Luft entweicht aus dem Ballon während der letzten Aufheizphase von
ϑB0 = 60°C auf ϑB = 80°C?
Hinweis: Während der letzten Aufheizphase sollen sich Form und Größe des Ballons nicht
mehr ändern. Heißluftballons besitzen im Allgemeinen unten eine Öffnung.
7) Warum friert man in nasser Kleidung?
8) Erläutern Sie die Mechanismen des Wärmetransportes und geben Sie je ein Beispiel
an.
2/2