Aufgaben Thermodynamik Löser - Technologie in der Klasse 12

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Aufgaben zur spezifischen Wärmekapazität und dem
Ersten Hauptsatz der Thermodynamik
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Bearbeiten Sie die Aufgaben:
°C
Ekin<< Epot
Rühren wie ein Bierbrauer 1
1. In dem Experiment von Joules treibt ein Gewicht ein Rührwerk an.
Die kinetische Energie ist sehr viel kleiner als die potentielle Energie.
a) Was bedeutet das für die Fallgeschwindigkeit des Gewichts?
b) Wo ist die potentielle Energie geblieben?
a) Wenn Ekin sehr klein ist muss auch die Geschwindigkeit v sehr klein sein.
Ekin = ½ m v2
b) Die potentielle Energie wurde zum größten Teil in Wärmeenergie
umgewandlet.
2.
Rühren wie ein Bierbrauer 2
Nehmen Sie an, Sie verrichten durch Rühren 25000 Nm Arbeit an einem
System, das 3 kg Wasser enthält. Währenddessen verliert das System wegen
der schlechten thermischen Isolation eine Wärmemenge von 62,7 kJ. Um wie
viel ändert sich die innere Energie des Systems insgesamt?
U =QW
Q=−62,7 kJ
Wärme wurde abgeführt. → negativ
W =2500 N⋅m=25000J=25 kJ
U =QW =−62,7 kJ 25kJ
U =−37,7 kJ
Ein hoher Bremer Bleistift
3. Nehmen Sie an, Sie lassen einen thermisch isolierten, mit Wasser gefüllten
Behälter aus der Höhe h zu Boden fallen. Dabei geht die gesamte mechanische
Energie in die innere Energie des Wassers über. Wie hoch müsste der Bremer
Fallturm gebaut werden, damit das Wasser sich um 1°C erwärmt?
Hinweise: Der Fallturm ist im Inneren evakuiert (ohne Luft, also kein
Luftwiederstand) und die Wärmekapazität des Behälters wird nicht
berücksichtigt.
ΔT = 1°C = 1K
cH2O = 4,18 kJ/(kg·K)
Während des Stoßes wird die Energie in thermische Energie Q umgesetzt,
die zu einer Temperaturerhöhung ΔT führt.
m⋅g⋅h=m⋅c w⋅T
h=
c w⋅T
g
4,81⋅1 kJ⋅K
4810⋅1 J⋅K 4810 Nm⋅K
⋅
=
⋅
=
⋅
9,81
m
9,81 N⋅K 9,81 N⋅K
kg⋅K⋅ 2
mit 1J = 1Nm
s
und 1N = 1kg m/ s2
h=426 m
h=