1. Klausur in "Technischer Thermodynamik I

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UNIVERSITÄT STUTTGART
INSTITUT FÜR THERMODYNAMIK UND WÄRMETECHNIK
Apl. Professor Dr.-Ing. K. Spindler
1. Klausur in "Technischer Thermodynamik I" (WiSe2014/15, 11.12.2014)
- VERSION 1 Name:______________________ Fachr.:_____________ Matr.-Nr.:________________
Es sind keine Hilfsmittel zugelassen. Zutreffende Aussagen sind anzukreuzen. Mehrere Antworten
sind möglich. Falsche Antworten innerhalb einer Aufgabe führen zu Punktabzug.
------------------------------------------ KURZFRAGEN (11 Punkte) -------------------------------------------Aufgabe 1
Welche der folgenden Größen sind thermische Zustandsgrößen?
a)  Druck
b)  Volumen
c)  Enthalpie
d)  Entropie
e)  innere Energie
Aufgabe 2
Der 1. HS eines thermodynamischen Systems lautet dh = vdp. Charakterisieren Sie das System
bzw. die Zustandsänderung, wenn depot = dekin = 0 ist.
a)  Das System ist offen.
b)  Das System ist abgeschlossen.
c)  Das System ist bewegt.
d)  Die Zustandsänderung ist reversibel.
e)  Die Zustandsänderung ist adiabat.
Aufgabe 3
Welche der folgenden Aussagen sind richtig?
a)  Die energetische Bewertung eines Wärme-/Kraftprozesses erfolgt mit dem
thermischen Wirkungsgrad
b)  Die Leistungszahl eines Kältemaschinenprozesses entspricht der Leistungszahl
eines Wärmepumpenprozesses.
c)  Wärmezufuhr erhöht die Entropie.
d)  Das Kreisintegral ∮ du ist für einen linksgängigen Kreisprozess größer Null.
e)  Ein Wärmepumpenprozess ist ein rechtsgängiger Kreisprozess.
Aufgabe 4
Welche der folgenden Aussagen gelten bei einer reversiblen isothermen Druckabsenkung eines
idealen Gases?
a)  Das Volumen nimmt ab.
b)  Die Entropie bleibt konstant.
c)  Die Entropie nimmt zu.
d)  Das Volumen nimmt zu.
e)  Die Enthalpie bleibt konstant.
Aufgabe 5
Enthalpiezunahme ohne Temperaturzunahme tritt auf
a)  beim Phasenwechsel fest nach flüssig (Schmelzen).
b)  beim Phasenwechsel flüssig nach gasförmig (Verdampfen).
c)  bei der Wärmezufuhr im einphasigen dampfförmigen Zustand.
d)  bei der Wärmezufuhr im einphasigen festen Zustand.
e)  bei der Wärmezufuhr im einphasigen flüssigen Zustand.
Aufgabe 6
Welche der folgenden Prozessgrößen können am geschlossenen System auftreten?
a)  Druckänderungsarbeit
b)  innere Energie
c)  Dissipationsarbeit
d)  Wärme
e)  Volumenarbeit
Aufgabe 7
Die thermische Zustandsgleichung idealer Gase lautet:
a)  p·V = m·Ri ·T
b)  p·V = M·Rm ·T
c)  du = cp ·dT
d)  p·Vm = Rm ·T
e)  p·v = n·Ri ·T
Aufgabe 8
Für eine reversible Zustandsänderung von 1 nach 2 ergibt sich folgende Formulierung des 1. HS:
Q̇ 12 = ṁ (h2 - h1 ). Kennzeichnen Sie die zutreffenden Antworten:
a)  Die Zustandsänderung ist isotherm.
b)  Die Zustandsänderung ist isenthalp.
c)  Die Zustandsänderung ist isobar.
d)  Die Zustandsänderung ist isentrop.
e)  Die Zustandsänderung ist isochor.
Aufgabe 9
Welche Aussagen treffen für Prozessabläufe im geschlossenen System zu?
a)  Zustandsänderungen werden mit konstantem Massenstrom durchgeführt.
b)  Zustandsänderungen werden mit konstanter Masse durchgeführt.
c)  Zur Darstellung genügt eine Skizze.
d)  Zur Darstellung werden drei Skizzen verwendet.
e)  Der Anfangszustand ist immer identisch mit dem Endzustand.
Aufgabe 10
Für das T,s-Diagramm eines idealen Gases gilt:
a)  Isobaren verlaufen steiler als Isochoren.
b)  Isochoren verlaufen steiler als Isobaren.
c)  Wärme lässt sich als Strecke einzeichnen.
d)  Wärme lässt sich als Fläche einzeichnen.
e)  Wärme lässt sich nicht darstellen.
------------------------------------------ RECHENTEIL (10 Punkte) ---------------------------------------------Aufgabenstellung zu den Aufgaben 11, 12 und 13
In einem ruhenden starren Behälter mit dem Volumen V1 = 1 l befindet sich Stickstoff unter dem
Druck p1 = 4 bar und der Temperatur ϑ1 = 12 °C. Es findet eine reversible Erwärmung um 10 K
statt. Stickstoff kann als ideales Gas betrachtet werden (cv = 1040 J/(kg K); MN2 = 14 g/mol).
Aufgabe 11
Wie groß ist das spezifische Volumen im Zustand 1?
Berechnung:
a)  0,423 m³/kg
b)  4,23·10-4 m³/kg
d)  5,93·10-3 m³/kg
e)  2,88·10-4 m³/kg
c)  0,288 m³/kg
Aufgabe 12
Wie groß ist der Enddruck nach der Erwärmung?
Berechnung:
a)  6,21 bar
d)  0,32 bar
b)  3,86 bar
e)  4,14 bar
c)  2,18 bar
Aufgabe 13
Welche Wärmemenge wird dem Behälter zugeführt?
Berechnung:
a)  24,586 J
d)  36,111 kJ
b)  36,111 J
e)  29,289 J
c)  24,586 kJ
Aufgabenstellung zu den Aufgaben 14 und 15
Ein Massenstrom von 100 kg pro Stunde eines idealen Gases (Ri = 250 J/ (kg K)) wird in einem
reversibel isotherm arbeitenden Verdichter vom Druck p1 = 200 kPa auf den Druck p2 = 10 bar
verdichtet. Das ideale Gas hat eine Temperatur von 30 °C. Änderungen von kinetischer und
potentieller Energie sind zu vernachlässigen.
Aufgabe 14
Welche Leistung P12 = ṁ ·wt,12 muss dem Verdichter zugeführt werden?
Berechnung:
a)  3,39 kW
d)  3393 kW
b)  6,55 kW
e)  12197 kW
c)  23590 kW
Aufgabe 15
Welcher Wärmestrom wird am Verdichter übertragen?
Berechnung:
a)  -6,55 kW
d)  -12,2 MW
b)  -3,39 kW
e)  -23590 kW
c)  3,39 kW
Formelzusammenstellung
- 1. Hauptsatz:
geschlossenes System dU + dEkin + dEpot = dQ + dW
mit dW = -pdV + dWdiss + dWmech
offenes System
dh + dekin + depot = dq + dwt
mit dwt = vdp + dwdiss + dwmech
potentielle Energie
epot = g·z,
kinetische Energie
ekin =
c²
2
du = cv·dT,
- ideale Gase:
ds = cv · (
dh = cp ·dT
dT
dv
dT
dp
) + Ri · ( ) = cp · ( ) - Ri · ( )
T
v
T
p
p·V = m·Ri ·T, p·V = n·Rm ·T
 = cp/cv; cp = cv + Ri ;
cV,m = cV·M
cp,m = cp·M
reversibel adiabate Zustandsänderung:
p·v = const.,
T·v-1 = const.,
-1
T/ [p  ] = const.
- Umrechnung:
1 bar = 105 Pa = 105 N/m2= 105 J/m3
- Schwerebeschleunigung:
g = 9,81 m/s2
- Universelle (molare) Gaskonstante:
Rm = 8,314 J/(mol K), Rm = M·Ri, M =
- Mathematische Zusammenhänge:

du
 ln(u) 
u
- Bezeichnung von Vielfachen und Teilen der Einheit
Zeichen
Vorsatz
Potenz
Zeichen
Vorsatz
Potenz
T
Tera
1012
c
Zenti
10-2
G
Giga
109
m
Milli
10-3
M
Mega
106

Mikro
10-5
k
Kilo
103
n
Nano
10-9
h
Hekto
102
p
Piko
10-12
da
Deka
101
f
Femto
10-15
d
Dezi
10-1
a
Atto
10-18
m
n
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