Tutorium Physik 1. Wärme

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Tutorium Physik 1.
Wärme
WS 15/16 | 1.Semester | BSc. Oec. und BSc. CH
| 9.2015 | Tutorium Physik 1 | Wärme | Großmann |
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Themen
1. Einführung, Umrechnen von Einheiten / Umformen von
Formeln
2. Kinematik, Dynamik
3. Arbeit, Energie, Leistung
4. Impuls
5. Wärme
6. Verformung (Technische Mechanik)
7. Fluide
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5. WÄRME
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5.1 Wärmetransport/Temperaturskalen:
Aufgabe (*)
a. Wie kann Wärmetransport stattfinden?
b. Welche Temperaturskalen gibt es?
c. Welche der Temperaturskalen wird als SI-Einheit
angesehen und wo liegt bei dieser Skala der Nullpunkt?
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5.2 Temperatur: Aufgabe (*)
Worin liegt der physikalische Unterschied zwischen
absolutem Nullpunkt und höheren Temperaturen?
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5.3 Suppe: Aufgabe (*)
Eine Suppe hat eine Temperatur von T = 67°C. Die
folgenden Ergebnisse sollen auf ganze Zahlen gerundet
angegeben werden.
a. Wie viel Kelvin sind das?
b. Hätte die Suppe eine Temperatur von T = 67 K,
welchem Wert entspräche dies in °C?
c. Um wie viel Kelvin muss die Temperatur erhöht werden,
damit die Suppe kocht?
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5.4 PE-Strang: Aufgabe (**)
PE hat einen Längenausdehnungskoeffizienten
α = 200 ∙ 10-6 K-1.
Wie lang wird ein 10 m langer PE-Strang, der von 20°C auf
200°C erwärmt wird?
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5.5 Längenausdehnung: Aufgabe (**)
Ein Material hat einen Längenausdehnungskoeffizienten von
α = 180 ∙ 10-6 K-1 .
Es wurde von 15°C auf 80°C erwärmt und hat sich dabei um
0,25 m ausgedehnt.
Wie lang war es vor der Erwärmung?
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5.6 Volumenausdehnung: Aufgabe (**)
Ein Tank mit einem Fassungsvermögen von V0 = 60.000 L
soll mit Olivenöl gefüllt werden.
Bei der Befüllung beträgt die Ausgangstemperatur 5°C. Die
Lagertemperatur beträgt 25°C.
Der Volumenausdehnungskoeffizient von Olivenöl beträgt
γÖl = 9,5 ∙ 10-4 K-1
a. Wie groß ist ΔV in m3 ?
b. Wie groß ist die relative Volumenänderung des Öls?
c. Wie groß muss das Gesamtvolumen VGes des Tanks bei
Lagerung sein?
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5.7 Suppenschüssel: Aufgabe (**)
Beim Eingießen einer heißen Suppe erwärmt
sich die Glasschüssel (c = 840 J/(kg•K)) um 20°C.
a. Wie groß ist die dabei übertragene Wärmemenge Q,
wenn die Glasschüssel eine Masse von m = 500 g hat?
b. Wie verändert sich die übertragene Wärmemenge Q,
wenn die Schüssel m = 1 kg wiegen würde?
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5.8 Jenaer Glasschüssel: Aufgabe (***)
Der Durchmesser einer Jenaer Glasschüssel
(α = 3,3 * 10-6 / K) verändert sich beim Erhitzen um 0,15 %.
Wie groß ist die übertragene Wärme Q, wenn die Schüssel
(c = 840 J/kg*K) eine Masse von m = 800 g hat?
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5.9 Wärmemenge: Aufgabe (**)
Wasser hat eine
•
spezifische Wärme c = 4,19 kJ/(kg·K)
•
spezifische Schmelzwärme s = 333 kJ/kg
•
spezifische Verdampfungswärme r = 2.256 kJ/kg.
Sie haben einen Eisblock mit einer Masse m = 3 kg.
a.
b.
c.
Wie viel Energie muss dem Eis zugeführt werden, damit es
schmilzt?
Nach dem Schmelzen des Wassers (T = 1°C) wird es auf
50°C erwärmt.
Wie viel Energie wird dazu benötigt?
Wie viel Energie wird benötigt, um das 50°C warme Wasser
zu verdampfen?
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5.10 Latente Wärme: Aufgabe (*)
Was ist latente Wärme?
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5.11 Aggregatzustand: Aufgabe (*/*/*/**)
a. Nennen Sie die drei Phasen/Aggregatszustände von
Materie.
b. Nennen Sie die Eigenschaften der unterschiedlichen
Phasen.
c. Wie werden die Phasenübergänge genannt?
d. Skizzieren Sie die Phasenübergänge von 1kg Wasser.
Tragen Sie dabei die Wärmemenge gegen die
Temperatur in das Diagramm ein. Tragen Sie auch ein,
in welchem Bereich welche Phase zu finden ist.
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5.12 Längenänderung: Aufgabe (**)
Um wie viel % verlängert sich ein Stahldraht bei der
Erwärmung von T1 = 0°C auf T2 = 100°C.
Hinweis: Ausdehnungskoeffizient α = 14•10-6 / K
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5.13 Dampfrohr: Aufgabe
Ein Dampfrohr aus Stahl hat bei einer Temperatur
T1 = 20°C eine Länge von l = 6,0 m. Um welchen Betrag
in mm ändert sich die Länge, wenn Dampf von T2 = 120°C
hindurchströmt?
Hinweis: Der Längenausdehnungskoeffizient für Stahl
beträgt: α = 1,45•10-5 1/K
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5.14 Schnellkochtopf: Aufgabe (***)
In einem elektrischen Schnellkochtopf mit der
Leistungsaufnahme P = 1,5 kW soll Wasser mit der Masse
m = 2,0 kg und der Temperatur T = 15°C zum Sieden
gebracht werden. Wie viele Minuten dauert es, wenn der
Wirkungsgrad n = 75 % beträgt?
Hinweis: Spezifische Wärmekapazität das Wassers
c = 4,19 J/(g•K)
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5.15 Wärmekapazität: Aufgabe (**)
Welche Wärmemenge in kJ ist erforderlich um eine
Wassermasse m = 2 L von einer Temperatur T = 20°C bis
zum Sieden zu erhitzen?
Hinweis: Spezifische Wärmekapazität des Wassers
c = 4,19 kJ/(kg•K)
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5.16 Leistung: Aufgabe (***)
In einer Destillieranlage soll in einer Zeit t = 1,0 h Wasser
mit einem Volumen von V = 2,50 L und einer Temperatur
T = 15ºC verdampft werden. Welche Leistung in kW muss
aufgebracht werden, wenn die Anlage mit einem
Wirkungsgrad von n = 75 % arbeitet?
Hinweise:
c = 4,19 kJ/(kg·K)
r = 2.256 kJ/kg
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5.17 Wärmeaustausch: Aufgabe (***)
In einem Behälter befinden sich V1 = 60 L Wasser mit einer
Temperatur T1 = 80ºC. Wie viel Wasser von
T2 = 10ºC wird benötigt, um eine Endtemperatur
TE = 40ºC zu erreichen?
Hinweis: 1 L Wasser soll eine Masse von 1 kg haben.
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5.18 Eis: Aufgabe (***)
Welche Wärmemenge Q in kJ ist aufzuwenden, um Eis mit
einer Masse m = 2,50 kg und einer Temperatur T = -10ºC zu
schmelzen und das Schmelzwasser vollständig zu
verdampfen?
Hinweise: Schmelzwärme s = 333 kJ/kg,
Verdampfungswärme r = 2.256 kJ/kg
cEis = 2,09 kJ/(kg•K)
cWasser = 4,19 kJ/(kg•K)
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5.19 Volumenänderung: Aufgabe
Eine Wasserheizung ist mit einer Wassermenge V = 1.000 L
gefüllt. Wie viel Wasser tritt in das Überlaufgefäß ein, wenn
die Wassertemperatur T1 = 20°C auf eine Temperatur
T2 = 80°C steigt?
Hinweis: Volumenausdehnungskoeffizient des Wassers
γ = 18 • 10-5 1/K
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