Aufgabe 33 (Thermodynamik, Arbeit und Leistung)
Ein Vertreter bietet Ihnen einen elektrischen Durchlauferhitzer an, der 8 l heißes Wasser pro Minute liefern soll. Der Hauptvorteil sei, dass Sie nicht einmal Ihre 10-A-Sicherung auswechseln brauchen.
Kaufen Sie das Gerät oder werfen Sie den Kerl hinaus? (Beides mit physikalischer Begründung)
Ein Vertreter bietet Ihnen einen elektrischen Durchlauferhitzer an, der 8 l heißes Wasser pro Minute liefern soll. Der Hauptvorteil sei, dass Sie nicht einmal Ihre 10-A-Sicherung auswechseln brauchen.
Kaufen Sie das Gerät oder werfen Sie den Kerl hinaus? (Beides mit physikalischer Begründung)
Aufgabe 38 (Thermodynamik, Arbeit und Leistung)
Ein Durchlauferhitzer kann maximal mit 75 A bei 220 V Spannung betrieben werden. In welcher Zeit kann er 9l Wasser liefern, wenn dieses von 14°C auf 65°C erhitzt werden soll?
Ein Durchlauferhitzer kann maximal mit 75 A bei 220 V Spannung betrieben werden. In welcher Zeit kann er 9l Wasser liefern, wenn dieses von 14°C auf 65°C erhitzt werden soll?
Aufgabe 191 (Thermodynamik, Energie)
In einem Wasserkraftwerk wird Wasser an einer Staumauer angestaut und stürzt dann nach unten. Wie hoch müsste eine Staumauer sein, damit die potentielle Energie ausreicht, dass herabstürzende Wasser zu verdampfen (Die auftretenden Verluste bei den Energieumwandlungen werden vernachlässigt)?
In einem Wasserkraftwerk wird Wasser an einer Staumauer angestaut und stürzt dann nach unten. Wie hoch müsste eine Staumauer sein, damit die potentielle Energie ausreicht, dass herabstürzende Wasser zu verdampfen (Die auftretenden Verluste bei den Energieumwandlungen werden vernachlässigt)?
Aufgabe 395 (Thermodynamik, Temperatur)
Eine Wärmeübertragung von einem Körper auf einen anderen erfolgt nur dann, wenn zwischen den Körpern eine Temperaturdifferenz vorhanden ist.
Ein anschauliches Beispiel dafür ist die Temperaturdifferenz zwischen Innenwänden und Außenwänden von Gebäuden, besonders wenn es im Freien kalt ist. Es kommt zu einer fortwährenden Wärmeübertragung, die umso schneller vor sich geht, je höher die Temperaturdifferenz und je geringer die Dämmung des Gebäudes ist. Für die Verdampfung jedes Gramms einer Flüssigkeit ist eine bestimmte Wärmemenge erforderlich, die das Wasser nicht aus der umgebenden Luft aufnehmen kann, da sich Luft und Wasser entsprechend den Versuchsbedingungen auf gleicher Temperatur befinden. Es ist deshalb zunächst unverständlich, warum das in eine Schüssel gegossenen Wasser ständig verdampft, obwohl es die Temperatur der umgebenden Luft hat.
Warum ist trotzdem eine Verdampfung möglich?
Eine Wärmeübertragung von einem Körper auf einen anderen erfolgt nur dann, wenn zwischen den Körpern eine Temperaturdifferenz vorhanden ist.
Ein anschauliches Beispiel dafür ist die Temperaturdifferenz zwischen Innenwänden und Außenwänden von Gebäuden, besonders wenn es im Freien kalt ist. Es kommt zu einer fortwährenden Wärmeübertragung, die umso schneller vor sich geht, je höher die Temperaturdifferenz und je geringer die Dämmung des Gebäudes ist. Für die Verdampfung jedes Gramms einer Flüssigkeit ist eine bestimmte Wärmemenge erforderlich, die das Wasser nicht aus der umgebenden Luft aufnehmen kann, da sich Luft und Wasser entsprechend den Versuchsbedingungen auf gleicher Temperatur befinden. Es ist deshalb zunächst unverständlich, warum das in eine Schüssel gegossenen Wasser ständig verdampft, obwohl es die Temperatur der umgebenden Luft hat.
Warum ist trotzdem eine Verdampfung möglich?
Aufgabe 396 (Thermodynamik, Temperatur)
Schon die ersten Luftschiffer, die sich relativ wenig über die Erdoberfläche erhoben, stellten eine Erniedrigung der Lufttemperatur fest.
In einer Höhe von einigen Kilometern liegen die Temperaturen weit unter dem Gefrierpunkt. In noch größerer Höhe beobachtet man aber die sogenannte Inversion, d.h., die Temperatur beginnt wieder anzusteigen, und in einer Höhe von einigen Kilometern haben die Luftmoleküle Geschwindigkeiten, denen Temperaturen von einigen tausend Grad entsprechen.
Warum schmelzen und verbrennen dann aber Erdsatelliten nicht, die über einen längeren Zeitraum in solchen Höhen fliegen?
Schon die ersten Luftschiffer, die sich relativ wenig über die Erdoberfläche erhoben, stellten eine Erniedrigung der Lufttemperatur fest.
In einer Höhe von einigen Kilometern liegen die Temperaturen weit unter dem Gefrierpunkt. In noch größerer Höhe beobachtet man aber die sogenannte Inversion, d.h., die Temperatur beginnt wieder anzusteigen, und in einer Höhe von einigen Kilometern haben die Luftmoleküle Geschwindigkeiten, denen Temperaturen von einigen tausend Grad entsprechen.
Warum schmelzen und verbrennen dann aber Erdsatelliten nicht, die über einen längeren Zeitraum in solchen Höhen fliegen?
Aufgabe 397 (Thermodynamik, Temperatur)
Erkläre, warum sich die Celsius-Skala gegenüber der Fahrenheit-Skala durchgesetzt hat.
Erkläre, warum sich die Celsius-Skala gegenüber der Fahrenheit-Skala durchgesetzt hat.
Aufgabe 398 (Thermodynamik, Temperatur)
In der Abbildung sind zwei Thermometer a und b ohne Skala zu sehen. Sie sind mit der gleichen Thermometerflüssigkeit gefüllt. Wie müssen sich ihre Skalen unterscheiden? Welche Bedeutung haben die Unterschiede der Skalen für den Benutzer?
In der Abbildung sind zwei Thermometer a und b ohne Skala zu sehen. Sie sind mit der gleichen Thermometerflüssigkeit gefüllt. Wie müssen sich ihre Skalen unterscheiden? Welche Bedeutung haben die Unterschiede der Skalen für den Benutzer?
Aufgabe 399 (Thermodynamik, Temperatur)
Gib die Temperaturdifferenzen an!
Gib die Temperaturdifferenzen an!
| Anfangstemperatur | Endtemperatur |
| 18,5°C | 95,3°C |
| -14,2°C | 4,2°C |
| -13,6°C | -7,1°C |
Aufgabe 400 (Thermodynamik, Temperatur)
Ein zerstreuter Physikprofessor erwacht eines Morgens mit einer fiebrigen Erkältung. Im ganzen Haus kann er kein Thermometer finden; nur eines, dessen Skala völlig unleserlich ist, sonst ist das Gerät in Ordnung. Traurig sitzt er da und blickt aus dem Fenster, wo auf dem Fensterbrett der Schnee in der Morgensonne glitzert. Da kommt ihm eine Idee! Schließlich ist er ja Physikprofessor. Einige Zeit später hat der Gute seine Körpertemperatur auf 38,3°C bestimmt. Wie hat er das wohl gemacht?
Ein zerstreuter Physikprofessor erwacht eines Morgens mit einer fiebrigen Erkältung. Im ganzen Haus kann er kein Thermometer finden; nur eines, dessen Skala völlig unleserlich ist, sonst ist das Gerät in Ordnung. Traurig sitzt er da und blickt aus dem Fenster, wo auf dem Fensterbrett der Schnee in der Morgensonne glitzert. Da kommt ihm eine Idee! Schließlich ist er ja Physikprofessor. Einige Zeit später hat der Gute seine Körpertemperatur auf 38,3°C bestimmt. Wie hat er das wohl gemacht?
Aufgabe 401 (Thermodynamik, Temperatur)
Welche Vorteile und welche Nachteile hätte die Verwendung von Wasser als Thermometerflüssigkeit?
Welche Vorteile und welche Nachteile hätte die Verwendung von Wasser als Thermometerflüssigkeit?
Aufgabe 402 (Thermodynamik, Temperatur)
Versuche es selbst!
Fülle einen tiefen Teller mit Wasser. Lege ein Teelicht ins Wasser und zünde es an. Stülpe nun ein hohes Saftglas über das Licht.
Beobachte die Kerzenflamme und den Flüssigkeitsstand im Glas und erkläre deine Beobachtungen!
Versuche es selbst!
Fülle einen tiefen Teller mit Wasser. Lege ein Teelicht ins Wasser und zünde es an. Stülpe nun ein hohes Saftglas über das Licht.
Beobachte die Kerzenflamme und den Flüssigkeitsstand im Glas und erkläre deine Beobachtungen!
Aufgabe 403 (Thermodynamik, Temperatur)
Warum soll man beim Ablesen von Flüssigkeitsthermometern die Augen in Höhe des oberen Endes der Flüssigkeit haben?
Warum soll man beim Ablesen von Flüssigkeitsthermometern die Augen in Höhe des oberen Endes der Flüssigkeit haben?
Aufgabe 404 (Thermodynamik, Temperatur)
Was bedeutet es für die Teilchen eines Körpers, wenn seine Temperatur erniedrigt wird. Wie weit kann man einen Körper abkühlen?
Was bedeutet es für die Teilchen eines Körpers, wenn seine Temperatur erniedrigt wird. Wie weit kann man einen Körper abkühlen?
Aufgabe 405 (Thermodynamik, Längenausdehnung)
Erkläre, warum sich feste Körper bei Erwärmung ausdehnen.
Erkläre, warum sich feste Körper bei Erwärmung ausdehnen.
Aufgabe 406 (Thermodynamik, Längenausdehnung)
In einem Stahlblech befindet sich ein kreisrundes Loch, durch daß die Kugel gerade so hindurch passt. Das Blech wird mit Hilfe einer Flamme stark erhitzt. Welche der folgenden Aussagen ist richtig?
a) Das Loch wird kleiner, die Kugel passt nicht mehr hindurch.
b) Das Loch ändert sich nicht, die Kugel passt weiterhin gerade so hindurch.
c) Das Loch wird größer, die Kugel passt jetzt bequem hindurch.
In einem Stahlblech befindet sich ein kreisrundes Loch, durch daß die Kugel gerade so hindurch passt. Das Blech wird mit Hilfe einer Flamme stark erhitzt. Welche der folgenden Aussagen ist richtig?a) Das Loch wird kleiner, die Kugel passt nicht mehr hindurch.
b) Das Loch ändert sich nicht, die Kugel passt weiterhin gerade so hindurch.
c) Das Loch wird größer, die Kugel passt jetzt bequem hindurch.
Aufgabe 407 (Thermodynamik, Längenausdehnung)
Nach welcher Seite biegt sich ein Bimetallstreifen aus Eisen und Aluminium bei Temperaturerhöhung?
Nach welcher Seite biegt sich ein Bimetallstreifen aus Eisen und Aluminium bei Temperaturerhöhung?
Aufgabe 408 (Thermodynamik, Längenausdehnung)
Ein Stahlniet, der zwei Bleche verbindet, besitzt bei einer Temperatur von 20°C eine Länge von 8,46 mm. Er wird bei einer Temperatur von 600°C eingelegt. Um wieviel zieht er sich beim Abkühlen dann zusammen?
Ein Stahlniet, der zwei Bleche verbindet, besitzt bei einer Temperatur von 20°C eine Länge von 8,46 mm. Er wird bei einer Temperatur von 600°C eingelegt. Um wieviel zieht er sich beim Abkühlen dann zusammen?
Aufgabe 409 (Thermodynamik, Längenausdehnung)
Ein Schmied will einen stählernen Reifen auf ein Rad aufziehen. Der Durchmesser des Rades beträgt 0,74 m, der innere Durchmesser des Reifens aber nur 0,735 m. Die Temperatur der Umgebung beträgt 15°C. Auf welche Temperatur muss der Schmied den Reifen erwärmen, damit er ihn mühelos auf das Rad aufziehen kann? (Mühelos heißt, der innere Durchmesser des Reifens hat die gleiche Größe wie das Rad)
Ein Schmied will einen stählernen Reifen auf ein Rad aufziehen. Der Durchmesser des Rades beträgt 0,74 m, der innere Durchmesser des Reifens aber nur 0,735 m. Die Temperatur der Umgebung beträgt 15°C. Auf welche Temperatur muss der Schmied den Reifen erwärmen, damit er ihn mühelos auf das Rad aufziehen kann? (Mühelos heißt, der innere Durchmesser des Reifens hat die gleiche Größe wie das Rad)
Aufgabe 410 (Thermodynamik, Längenausdehnung)
Zwischen den Schienen der Eisenbahn, deren Länge 12 m beträgt, bleibt ein Abstand von 7 mm. Mit welchen Temperaturdifferenzen rechnen die Bautechniker, wenn der lineare Ausdehnungskoeffizient des Schienenstahls 1,1*10-5 K-1 beträgt?
Die Gleise der Lorenbahn in Dagebüll (Nordfriesland).
(Bild
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Aufgabe 411 (Thermodynamik, Längenausdehnung)
Damit Beton auch großen Belastungen standhalten kann, wird er mit Eisenstäben verstärkt (armiert). Warum kann man dafür keine Aluminiumstäbe verwenden?
Damit Beton auch großen Belastungen standhalten kann, wird er mit Eisenstäben verstärkt (armiert). Warum kann man dafür keine Aluminiumstäbe verwenden?
Aufgabe 412 (Thermodynamik, Längenausdehnung)
Erwärmt man zwei Aluminiumschienen von der ursprünglichen Gesamtlänge 8 m um 70 K, so verlängert sich die eine um 2 mm mehr als die andere. Welche Länge haben die beiden Schienen einzeln?
Erwärmt man zwei Aluminiumschienen von der ursprünglichen Gesamtlänge 8 m um 70 K, so verlängert sich die eine um 2 mm mehr als die andere. Welche Länge haben die beiden Schienen einzeln?
Aufgabe 413 (Thermodynamik, Längenausdehnung)
Die Stossfuge zwischen den je 25 m langen Eisenbahnschienen verengt sich bei Erwärmung von 5°C auf 20°C um 30% ihres Anfangswertes. Bei welcher Temperatur schließen sich die Schienen völlig zusammen (Alpha= 14*10-6 K-1), und wie groß ist der anfängliche Abstand?
Die Stossfuge zwischen den je 25 m langen Eisenbahnschienen verengt sich bei Erwärmung von 5°C auf 20°C um 30% ihres Anfangswertes. Bei welcher Temperatur schließen sich die Schienen völlig zusammen (Alpha= 14*10-6 K-1), und wie groß ist der anfängliche Abstand?
Aufgabe 414 (Thermodynamik, Längenausdehnung)
Ein Stahlmessband ist für eine Messtemperatur von 18°C geeicht. Bei einer Temperatur -20°C misst man eine Seite eines Bauplatzes von 13,8 m. Die Fläche des Bauplatzes wird mit 543,4 m2 berechnet. Welcher Fehler ist durch die Längenänderung des Messbandes entstanden, wenn der lineare Ausdehnungskoeffizient 11,5 * 10-6 K-1 beträgt?
Ein Stahlmessband ist für eine Messtemperatur von 18°C geeicht. Bei einer Temperatur -20°C misst man eine Seite eines Bauplatzes von 13,8 m. Die Fläche des Bauplatzes wird mit 543,4 m2 berechnet. Welcher Fehler ist durch die Längenänderung des Messbandes entstanden, wenn der lineare Ausdehnungskoeffizient 11,5 * 10-6 K-1 beträgt?
Aufgabe 416 (Thermodynamik, räumliche Ausdehnung)
Das Wasser dringt leicht in Spalten und Risse ein. Was geschieht beim Gefrieren. Welche Folgen hat das in der Natur?
Das Wasser dringt leicht in Spalten und Risse ein. Was geschieht beim Gefrieren. Welche Folgen hat das in der Natur?
Aufgabe 417 (Thermodynamik, räumliche Ausdehnung)
Warum muss man Fensterscheiben in einem Holzrahmen einkitten? Warum kann man sie nicht einkleben?
Warum muss man Fensterscheiben in einem Holzrahmen einkitten? Warum kann man sie nicht einkleben?
Aufgabe 418 (Thermodynamik, räumliche Ausdehnung)
Zwei gleich große Würfel bestehen aus dem gleichen Metall, der eine ist massiv, der andere ist hohl. Beiden wird soviel Wärme zugeführt, dass sich die Temperatur um den gleichen Betrag ändert. Wie verhalten sich die Volumen der beiden Würfel nach der Erwärmung?
a) Der hohle Würfel ist größer als der massive Würfel.
b) Beide Würfel haben das gleiche Endvolumen.
c) Der massive Würfel ist größer als der hohle Würfel.
Zwei gleich große Würfel bestehen aus dem gleichen Metall, der eine ist massiv, der andere ist hohl. Beiden wird soviel Wärme zugeführt, dass sich die Temperatur um den gleichen Betrag ändert. Wie verhalten sich die Volumen der beiden Würfel nach der Erwärmung?
a) Der hohle Würfel ist größer als der massive Würfel.
b) Beide Würfel haben das gleiche Endvolumen.
c) Der massive Würfel ist größer als der hohle Würfel.
Aufgabe 419 (Thermodynamik, räumliche Ausdehnung)
Bei einer Raumtemperatur von 18°C beträgt die Dichte von Messing 8,1 g/cm3. Welche Dichte besitzt Messing bei einer Temperatur von -35°C? (1 cm3 Messing vergrößert seinen Rauminhalt beim Erwärmen um 1 K um 0,000 057 cm3).
Bei einer Raumtemperatur von 18°C beträgt die Dichte von Messing 8,1 g/cm3. Welche Dichte besitzt Messing bei einer Temperatur von -35°C? (1 cm3 Messing vergrößert seinen Rauminhalt beim Erwärmen um 1 K um 0,000 057 cm3).
Aufgabe 420 (Thermodynamik, räumliche Ausdehnung)
Das Stahlgehäuse (α S = 12·10-6 K-1) eines Transformators vom Leervolumen 300 l (bei 20°C) ist mit Öl (γÖ = 0,00096 K-1) gefüllt. Der darin befindliche Transformator besteht in der Hauptsache aus 500 kg Eisen (ρ E = 7,75 gcm-3,αE = 12·10-6 K-1) und 500 kg Kupfer (ρ K = 8,93 gcm-3, α K = 14·10-6 K-1). Wie viel Öl fließt bei der Betriebstemperatur von 60°C in das Ausgleichsgefäß über?
Das Stahlgehäuse (α S = 12·10-6 K-1) eines Transformators vom Leervolumen 300 l (bei 20°C) ist mit Öl (γÖ = 0,00096 K-1) gefüllt. Der darin befindliche Transformator besteht in der Hauptsache aus 500 kg Eisen (ρ E = 7,75 gcm-3,αE = 12·10-6 K-1) und 500 kg Kupfer (ρ K = 8,93 gcm-3, α K = 14·10-6 K-1). Wie viel Öl fließt bei der Betriebstemperatur von 60°C in das Ausgleichsgefäß über?
Aufgabe 421 (Thermodynamik, räumliche Ausdehnung)
Während einer Unterrichtsstunde steigt die Temperatur im Klassenzimmer von 20°C auf 22°C. Die Abmessungen des Raumes sind 12m x 7m x 4m. Wie viel Luft entweicht?
Während einer Unterrichtsstunde steigt die Temperatur im Klassenzimmer von 20°C auf 22°C. Die Abmessungen des Raumes sind 12m x 7m x 4m. Wie viel Luft entweicht?
Aufgabe 422 (Thermodynamik, räumliche Ausdehnung)
Ein Quecksilberthermometer enthält bei 0 °C eine Quecksilbermenge von 0,4 cm3. Welchen Durchmesser muss die Kapillare haben, damit einem Temperaturanstieg um 1 K ein Ansteigen der Quecksilbersäule um 1 mm entspricht?( γ Hg = 2·10-4 K-1; die Ausdehnung des Glases kann vernachlässigt werden).
Ein Quecksilberthermometer enthält bei 0 °C eine Quecksilbermenge von 0,4 cm3. Welchen Durchmesser muss die Kapillare haben, damit einem Temperaturanstieg um 1 K ein Ansteigen der Quecksilbersäule um 1 mm entspricht?( γ Hg = 2·10-4 K-1; die Ausdehnung des Glases kann vernachlässigt werden).
Aufgabe 423 (Thermodynamik, räumliche Ausdehnung)
Ein Kanister aus Stahl kann bei 20°C mit 20,00 Liter Benzin gefüllt werden. Aus Sicherheitsgründen muss bei dieser Temperatur das Volumen des Kanisters größer als 20 Liter sein, damit sich das Benzin bei Temperaturerhöhung ausdehnen kann, ohne auszufließen.
Es wird angenommen, dass die Temperatur des gefüllten Kanisters durch Umwelteinflüsse bis auf 60°C steigen kann.
Wie groß muss für diesen Fall das Gesamtvolumen des Kanisters bei 20°C mindestens sein?
Ein Kanister aus Stahl kann bei 20°C mit 20,00 Liter Benzin gefüllt werden. Aus Sicherheitsgründen muss bei dieser Temperatur das Volumen des Kanisters größer als 20 Liter sein, damit sich das Benzin bei Temperaturerhöhung ausdehnen kann, ohne auszufließen.
Es wird angenommen, dass die Temperatur des gefüllten Kanisters durch Umwelteinflüsse bis auf 60°C steigen kann.
Wie groß muss für diesen Fall das Gesamtvolumen des Kanisters bei 20°C mindestens sein?
Aufgabe 424 (Thermodynamik, räumliche Ausdehnung)
Ein rechteckiger Öltank von 5,2 m Länge und 4,1 m Breite ist bis 3,9 m Höhe mit Heizöl von der Dichte 0,88 t/m3 und 12°C gefüllt. Um es dünnflüssig zu machen, wird es auf 70°C erwärmt (γ = 0,00096 K-1). Um wie viel steigt der Ölspiegel und wie ändert sich die Dichte des Öls? (Die Ausdehnung des Behälters selbst werde nicht mit berücksichtigt.)
Ein rechteckiger Öltank von 5,2 m Länge und 4,1 m Breite ist bis 3,9 m Höhe mit Heizöl von der Dichte 0,88 t/m3 und 12°C gefüllt. Um es dünnflüssig zu machen, wird es auf 70°C erwärmt (γ = 0,00096 K-1). Um wie viel steigt der Ölspiegel und wie ändert sich die Dichte des Öls? (Die Ausdehnung des Behälters selbst werde nicht mit berücksichtigt.)
Aufgabe 425 (Thermodynamik, Zustandsgleichung der Gase)
Nach einer schnellen Autobahnfahrt ist der Luftdruck im Reifen 0,2 bar höher als vorher. Worauf ist das zurückzuführen?
Nach einer schnellen Autobahnfahrt ist der Luftdruck im Reifen 0,2 bar höher als vorher. Worauf ist das zurückzuführen?
Aufgabe 426 (Thermodynamik, Zustandsgleichung der Gase)
Die Temperatur von einem Kubikmeter Luft wird von 0°C auf 120°C erhöht. Der Druck soll konstant bleiben. Welches Volumen hat das Gas anschließend?
Die Temperatur von einem Kubikmeter Luft wird von 0°C auf 120°C erhöht. Der Druck soll konstant bleiben. Welches Volumen hat das Gas anschließend?
Aufgabe 427 (Thermodynamik, Zustandsgleichung der Gase)
Bei welcher Temperatur in °C nimmt ein Gas unter konstantem Druck das doppelte Volumen ein, wenn das Gas eine Anfangstemperatur von 15 °C hat?
Bei welcher Temperatur in °C nimmt ein Gas unter konstantem Druck das doppelte Volumen ein, wenn das Gas eine Anfangstemperatur von 15 °C hat?
Aufgabe 428 (Thermodynamik, Zustandsgleichung der Gase)
Eine kugelförmige Luftblase steigt im Wasser auf. In einer Tiefe von 20 m hat sie einen Durchmesser von 1 cm. Welchen Durchmesser hat sie kurz vor Erreichen der Oberfläche? (Temperaturunterschiede können vernachlässigt werden)
Eine kugelförmige Luftblase steigt im Wasser auf. In einer Tiefe von 20 m hat sie einen Durchmesser von 1 cm. Welchen Durchmesser hat sie kurz vor Erreichen der Oberfläche? (Temperaturunterschiede können vernachlässigt werden)
Aufgabe 429 (Thermodynamik, Zustandsgleichung der Gase)
Eine Druckflasche mit dem Innenvolumen 50 Liter enthält Wasserstoff unter dem Druck 1,0 MPa bei der Temperatur 20 °C. Mit Hilfe dieser Druckflasche wird ein Wetterballon bei einem Außenluftdruck 980 hPa gefüllt, bis Druckausgleich erfolgt ist. Das Füllen des Ballons geschehe isotherm; durch die Ballonhülle entsteht kein zusätzlicher Druck auf das Gas. Wasserstoff wird vereinfacht als ideales Gas betrachtet.
a) Berechnen Sie die Masse und die Dichte des ursprünglich in der Druckflasche eingeschlossenen Wasserstoffs.
b) Ermitteln Sie das Volumen des gefüllten Ballons und die Dichte des in ihm enthaltenen Wasserstoffs.
Eine Druckflasche mit dem Innenvolumen 50 Liter enthält Wasserstoff unter dem Druck 1,0 MPa bei der Temperatur 20 °C. Mit Hilfe dieser Druckflasche wird ein Wetterballon bei einem Außenluftdruck 980 hPa gefüllt, bis Druckausgleich erfolgt ist. Das Füllen des Ballons geschehe isotherm; durch die Ballonhülle entsteht kein zusätzlicher Druck auf das Gas. Wasserstoff wird vereinfacht als ideales Gas betrachtet.
a) Berechnen Sie die Masse und die Dichte des ursprünglich in der Druckflasche eingeschlossenen Wasserstoffs.
b) Ermitteln Sie das Volumen des gefüllten Ballons und die Dichte des in ihm enthaltenen Wasserstoffs.
Aufgabe 430 (Thermodynamik, Zustandsgleichung der Gase)
Die Dichte von Chlorgas beträgt im Normzustand 3,22 kg/ m3
Welche Dichte hat das Gas bei -20°C, bei konstantem Druck?
Die Dichte von Chlorgas beträgt im Normzustand 3,22 kg/ m3
Welche Dichte hat das Gas bei -20°C, bei konstantem Druck?
Aufgabe 431 (Thermodynamik, Zustandsgleichung der Gase)
Wird die (in Grad Celsius gemessene) Temperatur des in einem festen Behälter eingeschlossenen Gases um 50% erhöht, so steigt der Druck um 10%.
Welche Anfangstemperatur hatte das Gas?
Wird die (in Grad Celsius gemessene) Temperatur des in einem festen Behälter eingeschlossenen Gases um 50% erhöht, so steigt der Druck um 10%.
Welche Anfangstemperatur hatte das Gas?
Aufgabe 432 (Thermodynamik, Zustandsgleichung der Gase)
Welche Dichte hat das in einer Druckflasche eingeschlossene Wasserstoffgas bei 20°C und 15MPa Druck?
Welche Dichte hat das in einer Druckflasche eingeschlossene Wasserstoffgas bei 20°C und 15MPa Druck?
Aufgabe 433 (Thermodynamik, Zustandsgleichung der Gase)
In einem Labor wird Stickstoff bei einer konstanten Temperatur von 20,0 °C in eine 100-Liter-Stahlflasche gedrückt. Dabei wächst der Druck von 100 kPa auf 22,1 MPa. Diese Flasche ist bis zu einem Maximaldruck von 28,0 MPa zugelassen.
a) Berechnen Sie die maximal zulässige Temperatur, bei der die gefüllte Flasche gelagert werden darf.
b) Berechnen Sie die Masse des eingefüllten Stickstoffs.
In einem Labor wird Stickstoff bei einer konstanten Temperatur von 20,0 °C in eine 100-Liter-Stahlflasche gedrückt. Dabei wächst der Druck von 100 kPa auf 22,1 MPa. Diese Flasche ist bis zu einem Maximaldruck von 28,0 MPa zugelassen.
a) Berechnen Sie die maximal zulässige Temperatur, bei der die gefüllte Flasche gelagert werden darf.
b) Berechnen Sie die Masse des eingefüllten Stickstoffs.
Aufgabe 434 (Thermodynamik, Zustandsgleichung der Gase)
Eine Luftmenge von der Temperatur 20°C wird sprunghaft auf das doppelte Volumen expandiert. Wie groß ist dann die Temperatur der Luft?
Eine Luftmenge von der Temperatur 20°C wird sprunghaft auf das doppelte Volumen expandiert. Wie groß ist dann die Temperatur der Luft?
Aufgabe 435 (Thermodynamik, Aggregatzustandsänderungen)
Jeder Brillenträger kennt das Problem: kommt man im Winter in ein warmes Geschäft, steht er erst mal im Dunkeln, genauer gesagt im Nebel. Sofort nach dem Eintreten beschlagen die Brillengläser so, dass man nicht mehr durchsehen kann. Erklären Sie, warum die Brille beschlägt und warum man nach einer gewissen Zeit wieder Durchblick hat.
Jeder Brillenträger kennt das Problem: kommt man im Winter in ein warmes Geschäft, steht er erst mal im Dunkeln, genauer gesagt im Nebel. Sofort nach dem Eintreten beschlagen die Brillengläser so, dass man nicht mehr durchsehen kann. Erklären Sie, warum die Brille beschlägt und warum man nach einer gewissen Zeit wieder Durchblick hat.
Aufgabe 436 (Thermodynamik, Aggregatzustandsänderungen)
In Gegenden mit trockenem, heißen Klima bewahrt man das Trinkwasser in porösen Tongefäßen auf, durch die ständig etwas Wasser nach außen dringt. Was bezweckt man damit?
In Gegenden mit trockenem, heißen Klima bewahrt man das Trinkwasser in porösen Tongefäßen auf, durch die ständig etwas Wasser nach außen dringt. Was bezweckt man damit?
Aufgabe 437 (Thermodynamik, Aggregatzustandsänderungen)
Reibt man das Gesicht mit einem sogenannten "Gesichtswasser" ein, das im allgemeinen Alkohol enthält, so spürt man dort eine starke Abkühlung. Worauf beruht diese?
Reibt man das Gesicht mit einem sogenannten "Gesichtswasser" ein, das im allgemeinen Alkohol enthält, so spürt man dort eine starke Abkühlung. Worauf beruht diese?
Aufgabe 438 (Thermodynamik, Aggregatzustandsänderungen)
Den heißen Luftstrom eines Haartrockners empfindet man erst dann als unangenehm, wenn die Haare getrocknet sind. Warum nicht, solange die Haare noch feucht sind?
Den heißen Luftstrom eines Haartrockners empfindet man erst dann als unangenehm, wenn die Haare getrocknet sind. Warum nicht, solange die Haare noch feucht sind?
Aufgabe 439 (Thermodynamik, Aggregatzustandsänderungen)
Selbst bei ruhigem Wetter kann man schwachen Wind feststellen, indem man einen Finger anfeuchtet und senkrecht in die Luft hält. Eine Seite des Fingers wird kühl; aus dieser Richtung weht der Wind. Erkläre diesen Vorgang!
Selbst bei ruhigem Wetter kann man schwachen Wind feststellen, indem man einen Finger anfeuchtet und senkrecht in die Luft hält. Eine Seite des Fingers wird kühl; aus dieser Richtung weht der Wind. Erkläre diesen Vorgang!
Aufgabe 440 (Thermodynamik, Aggregatzustandsänderungen)
Es ist bekannt, dass die Siedetemperatur des Wassers mit fallendem Druck ebenfalls kleiner wird. Warum nutzt man das nicht aus und baut Kochtöpfe, in denen die Luft abgepumpt wird? Das würde doch eine große Einsparung an Brennstoffen bedeuten.
Es ist bekannt, dass die Siedetemperatur des Wassers mit fallendem Druck ebenfalls kleiner wird. Warum nutzt man das nicht aus und baut Kochtöpfe, in denen die Luft abgepumpt wird? Das würde doch eine große Einsparung an Brennstoffen bedeuten.
Aufgabe 441 (Thermodynamik, Aggregatzustandsänderungen)
Läßt man Wasser auf eine sehr heiße Herdplatte tropfen, verdampft es nicht sofort, sondern bildet kleine Kugeln, die bis zu mehreren Minuten liegen bleiben und dabei langsam verdampfen. Wie ist das zu erklären?
Läßt man Wasser auf eine sehr heiße Herdplatte tropfen, verdampft es nicht sofort, sondern bildet kleine Kugeln, die bis zu mehreren Minuten liegen bleiben und dabei langsam verdampfen. Wie ist das zu erklären?
Aufgabe 442 (Thermodynamik, Aggregatzustandsänderungen)
Warum heißt ein Schnellkochtopf "Schnellkochtopf"?
a) Die Siedetemperatur im Topf ist geringer als in herkömmlichen Töpfen. Deshalb kocht es eher, also schneller.
b) Die Bezeichnung ist die Idee pfiffiger Topfverkäufer und eigentlich irreführend, da das Kochen immer gleich schnell geht.
c) Die Siedetemperatur im Topf ist höher und dadurch werden Speisen schneller gar.
d) Der Schnellkochtopf hat mehrere Etagen. Damit können mehrere Dinge gleichzeitig gekocht werden (Gemüse, Kartoffeln, Fleisch)
Warum heißt ein Schnellkochtopf "Schnellkochtopf"?a) Die Siedetemperatur im Topf ist geringer als in herkömmlichen Töpfen. Deshalb kocht es eher, also schneller.
b) Die Bezeichnung ist die Idee pfiffiger Topfverkäufer und eigentlich irreführend, da das Kochen immer gleich schnell geht.
c) Die Siedetemperatur im Topf ist höher und dadurch werden Speisen schneller gar.
d) Der Schnellkochtopf hat mehrere Etagen. Damit können mehrere Dinge gleichzeitig gekocht werden (Gemüse, Kartoffeln, Fleisch)
Aufgabe 443 (Thermodynamik, Aggregatzustandsänderungen)
Beschreiben Sie, wie die spezifische Schmelzwärme von Eis bestimmt werden kann.
Leiten Sie die Gleichung zur Bestimmung der spezifischen Schmelzwärme her. Berücksichtigen Sie dabei die Wärmekapazität K ([K] = 1 kJK-1) des Gefäßes. Die Temperatur des Eises beträgt 0 °C.
Beschreiben Sie, wie die spezifische Schmelzwärme von Eis bestimmt werden kann.
Leiten Sie die Gleichung zur Bestimmung der spezifischen Schmelzwärme her. Berücksichtigen Sie dabei die Wärmekapazität K ([K] = 1 kJK-1) des Gefäßes. Die Temperatur des Eises beträgt 0 °C.
Aufgabe 444 (Thermodynamik, Aggregatzustandsänderungen)
Warum sind die Kufen der Schlittschuhe so schmal?
Warum sind die Kufen der Schlittschuhe so schmal?
Aufgabe 445 (Thermodynamik, Wärmemenge)
Mit einem Tauchsieder wird 1 Liter Wasser bei konstantem Druck erwärmt. Dabei werden aber nur 80% der dem Netz entnommenen Energie zur Energiezufuhr an das Wasser genutzt.
Welche elektrische Leistung muss der Tauchsieder haben, wenn innerhalb von 15 Minuten das Wasser von 10°C auf die Siedetemperatur 99,63°C gebracht werden soll?
Mit einem Tauchsieder wird 1 Liter Wasser bei konstantem Druck erwärmt. Dabei werden aber nur 80% der dem Netz entnommenen Energie zur Energiezufuhr an das Wasser genutzt.
Welche elektrische Leistung muss der Tauchsieder haben, wenn innerhalb von 15 Minuten das Wasser von 10°C auf die Siedetemperatur 99,63°C gebracht werden soll?
Aufgabe 446 (Thermodynamik, Wärmemenge)
Der Kessel einer Heißwasseranlage enthält 100 l Wasser. Berechnen Sie die Wärme, die erforderlich ist, um diese Wassermenge von 20°C auf 82°C zu erwärmen!
Der Kessel einer Heißwasseranlage enthält 100 l Wasser. Berechnen Sie die Wärme, die erforderlich ist, um diese Wassermenge von 20°C auf 82°C zu erwärmen!
Aufgabe 447 (Thermodynamik, Wärmemenge)
Ein Eisenbahnzug aus 40 Waggons hat die Masse 2 500t. Er wird von der Geschwindigkeit 72 kmh-1 bis zum Stillstand abgebremst. Jeder Waggon hat vier Räder und der Bremsmechanismus aus Stahl an jedem Rad hat eine Masse von 20 kg.
Berechnen Sie die Temperaturerhöhung der Bremsteile, wenn angenommen wird, das beim Vorgang des Bremsens keine Wärme an die Umgebung übertragen wird.
Ein Eisenbahnzug aus 40 Waggons hat die Masse 2 500t. Er wird von der Geschwindigkeit 72 kmh-1 bis zum Stillstand abgebremst. Jeder Waggon hat vier Räder und der Bremsmechanismus aus Stahl an jedem Rad hat eine Masse von 20 kg.
Berechnen Sie die Temperaturerhöhung der Bremsteile, wenn angenommen wird, das beim Vorgang des Bremsens keine Wärme an die Umgebung übertragen wird.
Aufgabe 448 (Thermodynamik, Wärmemenge)
Ein Mauerstein mit der Masse 2,4 kg fällt aus einer Höhe von 26 m herab und trifft mit einer Geschwindigkeit von 18 ms-1 auf der Erdoberfläche auf. Berechnen Sie die Temperaturerhöhung, die durch die Umwandlung von mechanischer Energie während des Fallens durch Reibung in Wärme hervorgerufen wird. (Die Energieabgabe an die Umgebung wird vernachlässigt.)
Ein Mauerstein mit der Masse 2,4 kg fällt aus einer Höhe von 26 m herab und trifft mit einer Geschwindigkeit von 18 ms-1 auf der Erdoberfläche auf. Berechnen Sie die Temperaturerhöhung, die durch die Umwandlung von mechanischer Energie während des Fallens durch Reibung in Wärme hervorgerufen wird. (Die Energieabgabe an die Umgebung wird vernachlässigt.)
Aufgabe 449 (Thermodynamik, Wärmemenge)
Ein Gefäß mit einer Wärmekapazität 200 J K-1 ist mit 2,0 kg Wasser der Temperatur 20 °C gefüllt.
Kann dieses Wasser zum Sieden gebracht werden, wenn unter dem wassergefüllten Gefäß in einem Kocher 50 g Benzin vollständig verbrannt werden und man annimmt, dass die Hälfte der bei der Verbrennung auftretenden Wärme dazu genutzt werden kann?
(Der Heizwert des Benzins ist 4,4 * 104 kJ kg-1.)
Ein Gefäß mit einer Wärmekapazität 200 J K-1 ist mit 2,0 kg Wasser der Temperatur 20 °C gefüllt.
Kann dieses Wasser zum Sieden gebracht werden, wenn unter dem wassergefüllten Gefäß in einem Kocher 50 g Benzin vollständig verbrannt werden und man annimmt, dass die Hälfte der bei der Verbrennung auftretenden Wärme dazu genutzt werden kann?
(Der Heizwert des Benzins ist 4,4 * 104 kJ kg-1.)
Aufgabe 450 (Thermodynamik, Wärmemenge)
Drei Metallzylinder aus Aluminium, Eisen und Kupfer haben gleichen Durchmesser und gleiche Masse. Sie werden im Wasserbad auf etwa 100°C erhitzt und dann auf einen Block Stearin gesetzt, der unter ihnen schmilzt. Welcher Metallzylinder sinkt am tiefsten ein?
Drei Metallzylinder aus Aluminium, Eisen und Kupfer haben gleichen Durchmesser und gleiche Masse. Sie werden im Wasserbad auf etwa 100°C erhitzt und dann auf einen Block Stearin gesetzt, der unter ihnen schmilzt. Welcher Metallzylinder sinkt am tiefsten ein?
Aufgabe 451 (Thermodynamik, Wärmemenge)
Ein PKW verbraucht bei einer Autobahnfahrt in einer Stunde 8,5 l Benzin. Der Motor entwickelt dabei eine Leistung von 18 kW. (Das ist nicht die in den Papieren angegebene Leistung, die wird nur benötigt, wenn der Motor maximal arbeitet)
Wie groß ist der Wirkungsgrad? (Heizwert 35 MJ/l)
Ein PKW verbraucht bei einer Autobahnfahrt in einer Stunde 8,5 l Benzin. Der Motor entwickelt dabei eine Leistung von 18 kW. (Das ist nicht die in den Papieren angegebene Leistung, die wird nur benötigt, wenn der Motor maximal arbeitet)
Wie groß ist der Wirkungsgrad? (Heizwert 35 MJ/l)
Aufgabe 452 (Thermodynamik, Wärmemenge)
In einem Glas befinden sich 200 ml Mineralwasser (oder ein anderes Getränk) mit einer Temperatur von 20°C. Wie viele Eiswürfel sind mindestens notwendig, um das Getränk auf eine Temperatur unter 8°C abzukühlen? Jeder Eiswürfel besteht aus 10g Eis mit einer Temperatur von -15°C. Der Wärmeaustausch mit der Umgebung wird vernachlässigt.
(spezifische Wärmekapazität von Wasser: 4,19 KJ kg-1 K-1,
spezifische Wärmekapazität von Eis: 2,09 KJ kg-1 K-1,
spezifische Schmelzwärme von Eis: 334 KJ kg-1)
In einem Glas befinden sich 200 ml Mineralwasser (oder ein anderes Getränk) mit einer Temperatur von 20°C. Wie viele Eiswürfel sind mindestens notwendig, um das Getränk auf eine Temperatur unter 8°C abzukühlen? Jeder Eiswürfel besteht aus 10g Eis mit einer Temperatur von -15°C. Der Wärmeaustausch mit der Umgebung wird vernachlässigt.
(spezifische Wärmekapazität von Wasser: 4,19 KJ kg-1 K-1,
spezifische Wärmekapazität von Eis: 2,09 KJ kg-1 K-1,
spezifische Schmelzwärme von Eis: 334 KJ kg-1)
Aufgabe 453 (Thermodynamik, Wärmemenge)
Nach einer arbeitsreichen Woche gibt es nichts, was mehr entspannt als ein schönes heißes Bad. Da stellt sich die Frage: Was kostet eigentlich eine volle Badewanne?
Die Badewanne hat folgende Maße: Tiefe 60 cm, Höhe 40 cm, Breite unten 100 cm, Breite oben 160 cm. Die Wanne ist symmetrisch, also von der Seite betrachtet ein gleichschenkliges Trapez.
Das Wasser wird 30 cm hoch in die Wanne eingefüllt und hat eine Temperatur von 40 °C. Es wird in einer Gasheizung erwärmt und strömt mit 12 °C in die Heizanlage. Eine kWh Heizgas kostet 3,5 Cent, ein Kubikmeter Wasser (incl. Abwasser) kostet 4,50 €. Der Wirkungsgrad der Anlage wird mit 80 % angenommen.
Nach einer arbeitsreichen Woche gibt es nichts, was mehr entspannt als ein schönes heißes Bad. Da stellt sich die Frage: Was kostet eigentlich eine volle Badewanne?
Die Badewanne hat folgende Maße: Tiefe 60 cm, Höhe 40 cm, Breite unten 100 cm, Breite oben 160 cm. Die Wanne ist symmetrisch, also von der Seite betrachtet ein gleichschenkliges Trapez.Das Wasser wird 30 cm hoch in die Wanne eingefüllt und hat eine Temperatur von 40 °C. Es wird in einer Gasheizung erwärmt und strömt mit 12 °C in die Heizanlage. Eine kWh Heizgas kostet 3,5 Cent, ein Kubikmeter Wasser (incl. Abwasser) kostet 4,50 €. Der Wirkungsgrad der Anlage wird mit 80 % angenommen.
Aufgabe 454 (Thermodynamik, Wärmemenge)
Erkläre die Begriffe thermische Energie und Wärme. Warum kann man in der Physik auf den Begriff Kälte verzichten?
Erkläre die Begriffe thermische Energie und Wärme. Warum kann man in der Physik auf den Begriff Kälte verzichten?
Aufgabe 455 (Thermodynamik, Mischungsregel)
In einem Gefäß befinden sich 0,5 kg Wasser der Temperatur 90 °C. Es wird eine doppelt so große Wassermenge der Temperatur 10 °C nachgefüllt. Bestimmen Sie die Mischungstemperatur. Die vom Gefäß aufgenommene Wärme wird vernachlässigt.
In einem Gefäß befinden sich 0,5 kg Wasser der Temperatur 90 °C. Es wird eine doppelt so große Wassermenge der Temperatur 10 °C nachgefüllt. Bestimmen Sie die Mischungstemperatur. Die vom Gefäß aufgenommene Wärme wird vernachlässigt.
Aufgabe 456 (Thermodynamik, Mischungsregel)
In einem Behälter mit 80 l Wasser der Temperatur 25 °C soll soviel heißes Wasser der Temperatur 100°C gegossen werden, dass eine Mischungstemperatur von 36 °C entsteht. Die vom Gefäß aufgenommene Wärme wird vernachlässigt.
Wieviel Liter heißes Wasser müssen zugegossen werden?
In einem Behälter mit 80 l Wasser der Temperatur 25 °C soll soviel heißes Wasser der Temperatur 100°C gegossen werden, dass eine Mischungstemperatur von 36 °C entsteht. Die vom Gefäß aufgenommene Wärme wird vernachlässigt.
Wieviel Liter heißes Wasser müssen zugegossen werden?
Aufgabe 457 (Thermodynamik, Mischungsregel)
6,2 kg Aluminium der Temperatur 85 °C werden in einen Stahlbehälter der Masse 1 kg gebracht, der mit 8 l Wasser gefüllt ist. Wasser und Behälter haben vor dem Eintauchen eine Temperatur von 15 °C.
Welche Mischungstemperatur stellt sich ein, wenn keine Wärme an die Umgebung abgegeben wird?
6,2 kg Aluminium der Temperatur 85 °C werden in einen Stahlbehälter der Masse 1 kg gebracht, der mit 8 l Wasser gefüllt ist. Wasser und Behälter haben vor dem Eintauchen eine Temperatur von 15 °C.
Welche Mischungstemperatur stellt sich ein, wenn keine Wärme an die Umgebung abgegeben wird?
Aufgabe 458 (Thermodynamik, Mischungsregel)
Welche Anfangstemperatur hat eine glühende Kupferkugel von der Masse 63 g, die, in 300 g Wasser von 18 °C geworfen, dieses auf 37 °C erwärmt?
Welche Anfangstemperatur hat eine glühende Kupferkugel von der Masse 63 g, die, in 300 g Wasser von 18 °C geworfen, dieses auf 37 °C erwärmt?
Aufgabe 459 (Thermodynamik, Mischungsregel)
In einem Gefäß werden zwei Mengen Wasser unterschiedlicher Temperatur gemischt. Beschreibe diesen Vorgang mit den Begriffen thermische Energie und Wärme.
In einem Gefäß werden zwei Mengen Wasser unterschiedlicher Temperatur gemischt. Beschreibe diesen Vorgang mit den Begriffen thermische Energie und Wärme.
Aufgabe 460 (Thermodynamik, Mischungsregel)
120 g Wasser mit der Temperatur 40°C werden mit 100 g Wasser der Temperatur 20 °C vermischt. Welche Mischungstemperatur ergibt sich?
120 g Wasser mit der Temperatur 40°C werden mit 100 g Wasser der Temperatur 20 °C vermischt. Welche Mischungstemperatur ergibt sich?
Aufgabe 461 (Thermodynamik, Mischungsregel)
Ein glühender Nagel der Masse mN = 4 g wird in 100 g Wasser mit der Temperatur 18°C eingetaucht. Das Gefäß hat eine Wärmekapazität, die der von 10 g Wasser entspricht. Nach kurzer Zeit beträgt die Temperatur von Wasser, Nagel und Gefäß 22°C. Welche Temperatur hatte der glühende Nagel?
Ein glühender Nagel der Masse mN = 4 g wird in 100 g Wasser mit der Temperatur 18°C eingetaucht. Das Gefäß hat eine Wärmekapazität, die der von 10 g Wasser entspricht. Nach kurzer Zeit beträgt die Temperatur von Wasser, Nagel und Gefäß 22°C. Welche Temperatur hatte der glühende Nagel?
Aufgabe 462 (Thermodynamik, Mischungsregel)
Eine Porzellantasse (m=125g) mit der spezifischen Wärmekapazität von 0.8 kJ/Kg*K hat Zimmertemperatur(20°C).Welche Endtemperatur ergibt sich, wenn man 100g Tee(wasser)von 80°C hineingießt?
a) keine Wärmeabgabe an die Umgebung
b) 20 Prozent der Energie werden an die Umgebung abgegeben.
Eine Porzellantasse (m=125g) mit der spezifischen Wärmekapazität von 0.8 kJ/Kg*K hat Zimmertemperatur(20°C).Welche Endtemperatur ergibt sich, wenn man 100g Tee(wasser)von 80°C hineingießt?
a) keine Wärmeabgabe an die Umgebung
b) 20 Prozent der Energie werden an die Umgebung abgegeben.
Aufgabe 463 (Thermodynamik, Mischungsregel)
Erwärmt man 50 g Naphthalin in einem kleinen Plastikbeutel auf 79°C und taucht ihn, bevor das Naphthalin schmilzt, in 200 g Wasser von 20°C, so ergibt sich eine Mischungstemperatur von 23°C. Erwärmt man das selbe Naphthalin im Wasserbad auf etwa 85°C und läßt es dann langsam bis zur Erstarrungstemperatur 79°C abkühlen, so ergibt die Wiederholung des Versuches mit flüssigem Naphthalin von 79°C die höhere Mischungstemperatur 31°C. Erklären Sie den Unterschied und ermitteln Sie aus den Versuchsdaten angenähert die spezifische Schmelzwärme von Naphthalin.
Erwärmt man 50 g Naphthalin in einem kleinen Plastikbeutel auf 79°C und taucht ihn, bevor das Naphthalin schmilzt, in 200 g Wasser von 20°C, so ergibt sich eine Mischungstemperatur von 23°C. Erwärmt man das selbe Naphthalin im Wasserbad auf etwa 85°C und läßt es dann langsam bis zur Erstarrungstemperatur 79°C abkühlen, so ergibt die Wiederholung des Versuches mit flüssigem Naphthalin von 79°C die höhere Mischungstemperatur 31°C. Erklären Sie den Unterschied und ermitteln Sie aus den Versuchsdaten angenähert die spezifische Schmelzwärme von Naphthalin.
Aufgabe 464 (Thermodynamik, Mischungsregel)
Eine Badewanne soll mit 160l Badewasser von 37°C gefüllt werden. Es stehen kaltes Wasser mit 18°C und warmes Wasser mit 60°C zur Verfügung. Wieviel Liter warmes Wasser sind dafür nötig?
Eine Badewanne soll mit 160l Badewasser von 37°C gefüllt werden. Es stehen kaltes Wasser mit 18°C und warmes Wasser mit 60°C zur Verfügung. Wieviel Liter warmes Wasser sind dafür nötig?
Aufgabe 465 (Thermodynamik, Erster Hauptsatz)
Luft mit einem Volumen von 0,5 m3 hat die Temperatur 20 °C und einen Druck 0,1 MPa. Welche Arbeit in kJ wird verrichtet, wenn bei gleichbleibendem Druck die Temperatur auf 150 °C erhöht wird?
Stellen Sie diesen Vorgang in einem p-V-Diagramm dar.
Luft mit einem Volumen von 0,5 m3 hat die Temperatur 20 °C und einen Druck 0,1 MPa. Welche Arbeit in kJ wird verrichtet, wenn bei gleichbleibendem Druck die Temperatur auf 150 °C erhöht wird?
Stellen Sie diesen Vorgang in einem p-V-Diagramm dar.
Aufgabe 466 (Thermodynamik, Erster Hauptsatz)
Von einer in einem Zylinder eingeschlossenen Luftmenge ist bekannt, dass sich bei einem Prozess ihr Volumen von Va = 10 dm3 auf Ve = 2 dm3 verringert, während der Druck einen Anstieg von pa = 0,1 MPa auf pe = 0,5 MPa erfährt. Die Temperatur soll sich nicht verändern. Wie groß ist die Volumenarbeit?
Von einer in einem Zylinder eingeschlossenen Luftmenge ist bekannt, dass sich bei einem Prozess ihr Volumen von Va = 10 dm3 auf Ve = 2 dm3 verringert, während der Druck einen Anstieg von pa = 0,1 MPa auf pe = 0,5 MPa erfährt. Die Temperatur soll sich nicht verändern. Wie groß ist die Volumenarbeit?
Aufgabe 467 (Thermodynamik, Erster Hauptsatz)
Welche Arbeit ist aufzuwenden, um 12 m3 Druckluft von 12*105 Pa herzustellen, wenn der Anfangsdruck 1,1*105 Pa beträgt und die Temperatur konstant bleibt?
Welche Arbeit ist aufzuwenden, um 12 m3 Druckluft von 12*105 Pa herzustellen, wenn der Anfangsdruck 1,1*105 Pa beträgt und die Temperatur konstant bleibt?
Aufgabe 468 (Thermodynamik, Erster Hauptsatz)
In einem aufrecht stehenden Zylinder mit einem reibungsfrei beweglichen und dicht schließenden Kolben (Masse 0,5 kg, Querschnitt 40 cm2) befindet sich Luft. Diese wird vereinfacht als ideales Gas aufgefasst. Bei dem Außendruck 1013 hPa und der Temperatur 10 °C steht der Kolben zunächst in der Höhe h1 = 49,6 cm. Durch Zufuhr der Wärme 126 J erhöht sich die Temperatur auf 60 °C; gleichzeitig steigt der Kolben bis zur Höhe h2.
Berechnen Sie aus diesen Angaben
a) den Druck im Inneren des Zylinders;
b) die Masse der eingeschlossenen Luft;
c) die Höhe h2.
In einem aufrecht stehenden Zylinder mit einem reibungsfrei beweglichen und dicht schließenden Kolben (Masse 0,5 kg, Querschnitt 40 cm2) befindet sich Luft. Diese wird vereinfacht als ideales Gas aufgefasst. Bei dem Außendruck 1013 hPa und der Temperatur 10 °C steht der Kolben zunächst in der Höhe h1 = 49,6 cm. Durch Zufuhr der Wärme 126 J erhöht sich die Temperatur auf 60 °C; gleichzeitig steigt der Kolben bis zur Höhe h2.
Berechnen Sie aus diesen Angaben
a) den Druck im Inneren des Zylinders;
b) die Masse der eingeschlossenen Luft;
c) die Höhe h2.
Aufgabe 469 (Thermodynamik, Erster Hauptsatz)
Welche Arbeit verrichtet 15 kg Luft, wenn diese bei gleichbleibendem Druck von 20°C auf 150°C erwärmt wird?
Welche Arbeit verrichtet 15 kg Luft, wenn diese bei gleichbleibendem Druck von 20°C auf 150°C erwärmt wird?
Aufgabe 470 (Thermodynamik, Erster Hauptsatz)
Welche Wärmemenge muß man einem Behälter mit 2,5 m3 Luft zuführen, damit der Druck von 2*105 Pa auf 3*105 Pa ansteigt? (cv = 718 J/(kgK))
Welche Wärmemenge muß man einem Behälter mit 2,5 m3 Luft zuführen, damit der Druck von 2*105 Pa auf 3*105 Pa ansteigt? (cv = 718 J/(kgK))
Aufgabe 471 (Thermodynamik, Erster Hauptsatz)
Durch Zufuhr von 400 kJ werden 300 l Luft bei konstantem Druck erwärmt. Wie groß ist der Druck, wenn sich das Volumen dabei verdoppelt?
Durch Zufuhr von 400 kJ werden 300 l Luft bei konstantem Druck erwärmt. Wie groß ist der Druck, wenn sich das Volumen dabei verdoppelt?
Aufgabe 472 (Thermodynamik, Erster Hauptsatz)
Welcher Enddruck wird erreicht, wenn 500 m3 Luft vom Anfangsdruck 1,1*105 Pa unter Aufwand von 20kWh isotherm verdichtet werden?
Welcher Enddruck wird erreicht, wenn 500 m3 Luft vom Anfangsdruck 1,1*105 Pa unter Aufwand von 20kWh isotherm verdichtet werden?
Aufgabe 473 (Thermodynamik, Erster Hauptsatz)
Ein Luftkompressor nimmt eine Leistung von 15 kW auf und verdichtet isotherm stündlich 200m3 Luft vom Anfangsdruck 1,12*105 Pa. Welcher Enddruck wird bei einem Wirkungsgrad von 85 % erreicht?
Ein Luftkompressor nimmt eine Leistung von 15 kW auf und verdichtet isotherm stündlich 200m3 Luft vom Anfangsdruck 1,12*105 Pa. Welcher Enddruck wird bei einem Wirkungsgrad von 85 % erreicht?
Aufgabe 474 (Thermodynamik, Erster Hauptsatz)
1 dm³ Luft von 1*105 Pa soll in zwei aufeinanderfolgenden Stufen isotherm auf 20*105 Pa verdichtet werden. Welcher Druck muss in der ersten Stufe erreicht werden, damit in beiden Stufen die gleiche Arbeit verrichtet wird?
1 dm³ Luft von 1*105 Pa soll in zwei aufeinanderfolgenden Stufen isotherm auf 20*105 Pa verdichtet werden. Welcher Druck muss in der ersten Stufe erreicht werden, damit in beiden Stufen die gleiche Arbeit verrichtet wird?
Aufgabe 475 (Thermodynamik, Kreisprozesse)
Das nebenstehende p-V-Diagramm zeigt den in einer speziellen Wärmekraftmaschine ablaufenden Kreisprozeß. Die Maschine arbeitet mit 0,1 mol eines idealen einatomigen Gases.
a) Das Volumenverhältnis ist V2/V1 = 4.
Berechnen Sie T1.
b) Zeichnen Sie ein V-T-Diagramm und ein p-T-Diagramm.
c) Berechnen Sie für den Übergang 2-3 die Volumenarbeit.
Das nebenstehende p-V-Diagramm zeigt den in einer speziellen Wärmekraftmaschine ablaufenden Kreisprozeß. Die Maschine arbeitet mit 0,1 mol eines idealen einatomigen Gases.a) Das Volumenverhältnis ist V2/V1 = 4.
Berechnen Sie T1.
b) Zeichnen Sie ein V-T-Diagramm und ein p-T-Diagramm.
c) Berechnen Sie für den Übergang 2-3 die Volumenarbeit.
Aufgabe 476 (Thermodynamik, Kreisprozesse)
Der im p-V-Diagramm angegebene Kreisprozeß eines idealen Gases soll qualitativ in das entsprechende V-T-Diagramm umgezeichnet werden.
Aufgabe 477 (Thermodynamik, Kreisprozesse)
Der im p-V-Diagramm angegebene Kreisprozeß eines idealen Gases soll qualitativ in das entsprechende p-T-Diagramm übertragen werden.
Der im p-V-Diagramm angegebene Kreisprozeß eines idealen Gases soll qualitativ in das entsprechende p-T-Diagramm übertragen werden.
Aufgabe 478 (Thermodynamik, Kreisprozesse)
Der aus dem V-T-Diagramm ersichtliche Kreisprozeß eines idealen Gases soll qualitativ in das entsprechende p-V-Diagramm übertragen werden.
Der aus dem V-T-Diagramm ersichtliche Kreisprozeß eines idealen Gases soll qualitativ in das entsprechende p-V-Diagramm übertragen werden.
Aufgabe 479 (Thermodynamik, Kreisprozesse)
Die obere Isotherme mit T1= 500 K des Carnot-Prozesses eines idealen Gases (k= 1,4) verläuft zwischen den Zuständen p1 = 8 bar, V1 = 2 m3 und p2 = 4 bar, V2 = 4 m3. Zu berechnen sind die Größen p3, V3, p4, V4, wenn die untere Temperatur T3 = 350 K beträgt, sowie die ausgetauschten Wärmemengen Q1 und Q2 und der thermische Wirkungsgrad.
Die obere Isotherme mit T1= 500 K des Carnot-Prozesses eines idealen Gases (k= 1,4) verläuft zwischen den Zuständen p1 = 8 bar, V1 = 2 m3 und p2 = 4 bar, V2 = 4 m3. Zu berechnen sind die Größen p3, V3, p4, V4, wenn die untere Temperatur T3 = 350 K beträgt, sowie die ausgetauschten Wärmemengen Q1 und Q2 und der thermische Wirkungsgrad.
Aufgabe 480 (Thermodynamik, Kreisprozesse)
Auf welchen Betrag ist die obere Arbeitstemperatur eines zwischen 40°C und 120°C arbeitenden Carnotprozesses zu erhöhen, damit sich der Wirkungsgrad verdoppelt?
Auf welchen Betrag ist die obere Arbeitstemperatur eines zwischen 40°C und 120°C arbeitenden Carnotprozesses zu erhöhen, damit sich der Wirkungsgrad verdoppelt?
Aufgabe 481 (Thermodynamik, Kreisprozesse)
In einem Carnotprozeß mit dem Wirkungsgrad 0,6 wird bei 900 K je Zyklus die Wärmemenge 2000 J zugeführt. Welche Wärmemenge wird abgeführt und bei welcher Temperatur geschieht dies?
In einem Carnotprozeß mit dem Wirkungsgrad 0,6 wird bei 900 K je Zyklus die Wärmemenge 2000 J zugeführt. Welche Wärmemenge wird abgeführt und bei welcher Temperatur geschieht dies?
Aufgabe 482 (Thermodynamik, Kreisprozesse)
In einer Wärmekraftmaschine wird das in einem Zylinder befindliche Arbeitsgas Helium durch einen beweglichen Kolben abgeschlossen. Von außen wird das Gas abwechselnd beheizt und gekühlt. Dabei bewegt sich der Kolben periodisch hin und her und dreht eine Welle. Die folgenden Betrachtungen beginnen im Anfangszustand mit dem Druck 0,20 MPa, dem Volumen 150 cm³ und der Temperatur 300 K.
a) Berechnen Sie die Masse des eingeschlossenen Heliums.
b) Während eines vollständigen Arbeitszyklus durchläuft das Gas folgende Zustandsänderungen:
1 -> 2 isochore Erwärmung auf 600 K
2 -> 3 isotherme Expansion auf das doppelte Volumen
3 -> 4 isochore Abkühlung auf die Anfangstemperatur
4 -> 1 isotherme Kompression auf das Anfangsvolumen.
Stellen Sie diese Zustandsänderungen in einem p-V-Diagramm dar.
Berechnen Sie hierzu die fehlenden Drücke.
c) Kennzeichnen Sie im p-V-Diagramm die vom Motor in einem Zyklus abgegebene mechanische Arbeit (Nutzarbeit) und berechnen Sie deren Betrag unter Verwendung der Gleichung
.
d) Berechnen Sie den Wirkungsgrad des Motors als Verhältnis von Nutzarbeitsbetrag und während der Zustandsänderung 1 -> 2 sowie 2 -> 3 insgesamt zugeführten Wärme.
In einer Wärmekraftmaschine wird das in einem Zylinder befindliche Arbeitsgas Helium durch einen beweglichen Kolben abgeschlossen. Von außen wird das Gas abwechselnd beheizt und gekühlt. Dabei bewegt sich der Kolben periodisch hin und her und dreht eine Welle. Die folgenden Betrachtungen beginnen im Anfangszustand mit dem Druck 0,20 MPa, dem Volumen 150 cm³ und der Temperatur 300 K.
a) Berechnen Sie die Masse des eingeschlossenen Heliums.
b) Während eines vollständigen Arbeitszyklus durchläuft das Gas folgende Zustandsänderungen:
1 -> 2 isochore Erwärmung auf 600 K
2 -> 3 isotherme Expansion auf das doppelte Volumen
3 -> 4 isochore Abkühlung auf die Anfangstemperatur
4 -> 1 isotherme Kompression auf das Anfangsvolumen.
Stellen Sie diese Zustandsänderungen in einem p-V-Diagramm dar.
Berechnen Sie hierzu die fehlenden Drücke.
c) Kennzeichnen Sie im p-V-Diagramm die vom Motor in einem Zyklus abgegebene mechanische Arbeit (Nutzarbeit) und berechnen Sie deren Betrag unter Verwendung der Gleichung
.d) Berechnen Sie den Wirkungsgrad des Motors als Verhältnis von Nutzarbeitsbetrag und während der Zustandsänderung 1 -> 2 sowie 2 -> 3 insgesamt zugeführten Wärme.
Aufgabe 483 (Thermodynamik, Kreisprozesse)
Erklären Sie, wie man mit einem p-V-Diagramm die verrichtete Arbeit bei einem Kreisprozeß bestimmen kann.
Erklären Sie, wie man mit einem p-V-Diagramm die verrichtete Arbeit bei einem Kreisprozeß bestimmen kann.
Aufgabe 484 (Thermodynamik, Kreisprozesse)
In einem Ottomotor mit 1600 cm 3 Volumen wird ein Benzin-Luft-Gemisch auf den 100. Teil des ursprünglichen Volumens verdichtet und dann gezündet. Die Verbrennungstemperatur beträgt 600 °C. Die Abgase kühlen bei der darauf folgenden Expansion auf 80 °C ab und gelangen zum Auspuff. Welcher maximale Wirkungsgrad ist bei diesem Motor möglich?
In einem Ottomotor mit 1600 cm 3 Volumen wird ein Benzin-Luft-Gemisch auf den 100. Teil des ursprünglichen Volumens verdichtet und dann gezündet. Die Verbrennungstemperatur beträgt 600 °C. Die Abgase kühlen bei der darauf folgenden Expansion auf 80 °C ab und gelangen zum Auspuff. Welcher maximale Wirkungsgrad ist bei diesem Motor möglich?
Aufgabe 485 (Thermodynamik, Wärmeübertragung)
Auf manchen Dächern schmilzt im Winter der Schnee besonders schnell weg. Was kann man daraus für die Wärmedämmung des Hauses ableiten?
Auf manchen Dächern schmilzt im Winter der Schnee besonders schnell weg. Was kann man daraus für die Wärmedämmung des Hauses ableiten?
Aufgabe 486 (Thermodynamik, Wärmeübertragung)
Im Jahre 1860 fiel in Indien ein Meteorit. Er zeichnete hinter sich einen Feuerschweif, und der bis zur Weißglut erhitzte Körper fiel in einen Sumpf. Wie wunderten sich aber die herbeigeeilten Menschen, als sie an der Auftreffstelle des Meteoriten einen Eisblock fanden. Das "Himmelsfeuer" brachte also Eis in das tropische Indien.
Wie kann man das erklären?
Im Jahre 1860 fiel in Indien ein Meteorit. Er zeichnete hinter sich einen Feuerschweif, und der bis zur Weißglut erhitzte Körper fiel in einen Sumpf. Wie wunderten sich aber die herbeigeeilten Menschen, als sie an der Auftreffstelle des Meteoriten einen Eisblock fanden. Das "Himmelsfeuer" brachte also Eis in das tropische Indien.
Wie kann man das erklären?
Aufgabe 487 (Thermodynamik, Wärmeübertragung)
Warum kann man sich z.B. in der Sauna längere Zeit in Luft von 90°C aufhalten, während ein Bad in Wasser von 50°C bereits unerträglich ist?
Warum kann man sich z.B. in der Sauna längere Zeit in Luft von 90°C aufhalten, während ein Bad in Wasser von 50°C bereits unerträglich ist?
Aufgabe 489 (Thermodynamik, Wärmeübertragung)
Die Henkel von Töpfen und Pfannen bestehen meist aus Holz oder Kunststoff. Begründe, warum dies sinnvoll ist!
Die Henkel von Töpfen und Pfannen bestehen meist aus Holz oder Kunststoff. Begründe, warum dies sinnvoll ist!
Aufgabe 490 (Thermodynamik, Wärmeübertragung)
Die Platten von Elektroherden und die Böden der dazu gehörenden Kochtöpfe sollten ganz eben sein.
a) Begründe, warum dies zweckmäßig ist!
b) Warum sind Kochtöpfe mit gerillten Böden für Elektroherde wenig geeignet, jedoch für Gasherde gut zu verwenden?
c) Warum besitzen gute Kochtöpfe eine Kupferschicht an der Unterseite?
Die Platten von Elektroherden und die Böden der dazu gehörenden Kochtöpfe sollten ganz eben sein.
a) Begründe, warum dies zweckmäßig ist!
b) Warum sind Kochtöpfe mit gerillten Böden für Elektroherde wenig geeignet, jedoch für Gasherde gut zu verwenden?
c) Warum besitzen gute Kochtöpfe eine Kupferschicht an der Unterseite?
Aufgabe 491 (Thermodynamik, Wärmeübertragung)
Dicke Gläser können beim Eingießen heißer Getränke platzen.
a) Woran könnte das liegen?
b) Wie kann man ein Platzen der Gläser verhindern?
Dicke Gläser können beim Eingießen heißer Getränke platzen.
a) Woran könnte das liegen?
b) Wie kann man ein Platzen der Gläser verhindern?
Aufgabe 492 (Thermodynamik, Wärmeübertragung)
An der Küste herrscht in der Regel windiges Wetter, selbst an den schönen Sommertagen. Dabei ist auffällig, dass der Wind am Tage fast immer von der See zum Land hin weht. In der Nacht dagegen weht er vom Land zur See. Dies ist vor allem der Fall, wenn es am Tage sehr heiß und in der Nacht kühl ist. Erkläre, wie diese unterschiedlichen Windrichtungen zustande kommen.
An der Küste herrscht in der Regel windiges Wetter, selbst an den schönen Sommertagen. Dabei ist auffällig, dass der Wind am Tage fast immer von der See zum Land hin weht. In der Nacht dagegen weht er vom Land zur See. Dies ist vor allem der Fall, wenn es am Tage sehr heiß und in der Nacht kühl ist. Erkläre, wie diese unterschiedlichen Windrichtungen zustande kommen.
Aufgabe 493 (Thermodynamik, Wärmeübertragung)
Heizkörper sollen in Wohnungen am besten unter den Fenstern angebracht werden. Erkläre, warum das sinnvoll ist!
Heizkörper sollen in Wohnungen am besten unter den Fenstern angebracht werden. Erkläre, warum das sinnvoll ist!
Aufgabe 680 (Thermodynamik, Aggregatzustandsänderungen)
Wenn im Winter Schnee liegt und so richtig klares Wetter ist, also kitschig blauer Himmel und furchtbar kalt, verschwindet trotzdem etwas von dem Schnee. Wieso ist das möglich, obwohl die Temperaturen nicht über 0°C ansteigen?
Wenn im Winter Schnee liegt und so richtig klares Wetter ist, also kitschig blauer Himmel und furchtbar kalt, verschwindet trotzdem etwas von dem Schnee. Wieso ist das möglich, obwohl die Temperaturen nicht über 0°C ansteigen?
Aufgabe 699 (Thermodynamik, Kreisprozesse)
Als man früh aus dem Haus gegangen war, hatte man doch versehentlich die Kühlschranktür offen gelassen. Man merkte es erst, als man Nachmittags wieder nach Hause kam. Wie hat sich die Temperatur im dem Raum im Vergleich zur geschlossenen Kühlschranktür verändert?
a) Die Temperatur ist kleiner geworden.
b) Die Temperatur hat sich nicht verändert.
c) Die Temperatur ist gestiegen.
Als man früh aus dem Haus gegangen war, hatte man doch versehentlich die Kühlschranktür offen gelassen. Man merkte es erst, als man Nachmittags wieder nach Hause kam. Wie hat sich die Temperatur im dem Raum im Vergleich zur geschlossenen Kühlschranktür verändert?
a) Die Temperatur ist kleiner geworden.
b) Die Temperatur hat sich nicht verändert.
c) Die Temperatur ist gestiegen.
Aufgabe 704 (Thermodynamik, Temperaturverhalten)
Warum benutzt man zum Braten Öl und nicht Wasser?
a) Öl hat eine kleinere Wärmekapazität und wird deshalb schneller heiß.
b) Öl hat eine höhere Siedetemperatur und wird deshalb heißer.
c) Die Wärmeleitfähigkeit von Öl ist besser.
d) Öl hat ein besseres Kriechvermögen und dringt besser in das Fleisch ein.
e) Öl ist gesünder als Wasser.
Warum benutzt man zum Braten Öl und nicht Wasser?
a) Öl hat eine kleinere Wärmekapazität und wird deshalb schneller heiß.
b) Öl hat eine höhere Siedetemperatur und wird deshalb heißer.
c) Die Wärmeleitfähigkeit von Öl ist besser.
d) Öl hat ein besseres Kriechvermögen und dringt besser in das Fleisch ein.
e) Öl ist gesünder als Wasser.
Aufgabe 710 (Thermodynamik, Zustandsgleichung der Gase)
Eine abgeschlossenen Menge eines ideales Gas soll sich entsprechend dem Gesetz von BOYLE und MARIOTTE isotherm (bei gleichbleibender Temperatur) ausdehnen. Welche Aussage über die Wärme ist richtig?
a) Es muss Wärme zugeführt werden.
b) Es muss Wärme weder zugeführt noch abgegeben werden.
c) Es muss Wärme abgegeben werden.
Eine abgeschlossenen Menge eines ideales Gas soll sich entsprechend dem Gesetz von BOYLE und MARIOTTE isotherm (bei gleichbleibender Temperatur) ausdehnen. Welche Aussage über die Wärme ist richtig?
a) Es muss Wärme zugeführt werden.
b) Es muss Wärme weder zugeführt noch abgegeben werden.
c) Es muss Wärme abgegeben werden.
Aufgabe 773 (Thermodynamik, räumliche Ausdehnung)
Die Stoßfuge zwischen den 10 m langen und 20 cm dicken Betonplatten einer Straße sind mit Teer ausgegossen. Bei 5°C sind die Fugen 10 mm breit. Wie viel Teer quillt je 10 cm Fugenlänge heraus, wenn sich die Platten im Sommer auf 50°C erwärmen?
Die Stoßfuge zwischen den 10 m langen und 20 cm dicken Betonplatten einer Straße sind mit Teer ausgegossen. Bei 5°C sind die Fugen 10 mm breit. Wie viel Teer quillt je 10 cm Fugenlänge heraus, wenn sich die Platten im Sommer auf 50°C erwärmen?
Aufgabe 774 (Thermodynamik, Zustandsgleichung der Gase)
In einem Zylinder wird Argon, das als ideales Gas angesehen wird, bei der konstanten Temperatur 350 K vom Volumen 24,0 dm³ auf das Volumen 6,00 dm³ komprimiert. Der Anfangsdruck beträgt 0,400 MPa.
(Spezifische Gaskonstante für Argon: R=207,9 J kg-1 K-1)
a) Berechnen Sie die Masse des Argongases.
b) Stellen Sie diesen Zusammenhang in einem p-V-Diagramm dar. Berechnen Sie dazu fünf Wertepaare.
Der Inhalt der Fläche unter der Kurve im p-V-Diagramm ist ein Maß für die zu Kompression erforderlichen Arbeit. Ermitteln Sie diese Kompressionsarbeit.
In einem Zylinder wird Argon, das als ideales Gas angesehen wird, bei der konstanten Temperatur 350 K vom Volumen 24,0 dm³ auf das Volumen 6,00 dm³ komprimiert. Der Anfangsdruck beträgt 0,400 MPa.
(Spezifische Gaskonstante für Argon: R=207,9 J kg-1 K-1)
a) Berechnen Sie die Masse des Argongases.
b) Stellen Sie diesen Zusammenhang in einem p-V-Diagramm dar. Berechnen Sie dazu fünf Wertepaare.
Der Inhalt der Fläche unter der Kurve im p-V-Diagramm ist ein Maß für die zu Kompression erforderlichen Arbeit. Ermitteln Sie diese Kompressionsarbeit.
Aufgabe 782 (Thermodynamik, Wärmeübertragung)
Gerade an den heißen Sommertagen ist bei der Schreibtischarbeit ein Ventilator ganz angenehm. Warum kühlt ein Ventilator?
a) Bewegte Luftteilchen haben eine niedrigere Temperatur als ruhende Luftteilchen, da sie thermische Energie in Bewegungsenergie umgewandelt haben..
b) Der Ventilator bläst die warme Luft, die sich um den Körper herum bildet, weg. Dadurch wird die Verdunstung von Wasser beschleunigt, die dem Körper Wärme entzieht.
c) Durch den Sog der Luft entsteht um den Körper herum ein geringer Druck. Nach dem Gesetz von Amontons sinkt bei kleiner werdenden Druck die Temperatur.
Aufgabe 785 (Thermodynamik, Längenausdehnung)
Mit einem Stahlmassband, dass für eine Temperatur von 20°C geeicht ist, wird bei einer Temperatur von -5°C die Länge der Seite eines Garten gemessen. Welche Aussage ist richtig?
a) Die Länge wird zu klein bestimmt.
b) Die Länge wird exakt gemessen.
c) Die Länge wird zu groß bestimmt.
Aufgabe 796 (Thermodynamik, Wärmemenge)
Berechne die Energiemengen, die notwendig sind, um 100 g Eis zu schmelzen, dann von 0°C auf 100°C zu erwärmen und schließlich vollständig in Dampf umzuwandeln.
Vergleiche diese Energiemengen.
Berechne die Energiemengen, die notwendig sind, um 100 g Eis zu schmelzen, dann von 0°C auf 100°C zu erwärmen und schließlich vollständig in Dampf umzuwandeln.
Vergleiche diese Energiemengen.
Aufgabe 797 (Thermodynamik, Wärmeübertragung)
Ein Bekanntere erzählte neulich von seiner Tochter. Sie hatte sich aus dem Tiefkühlschrank ein eingefrorenes Essen geholt und wollte den Auftauvorgang beschleunigen. Dazu hat sie die Dose mit dem Gefrorenen unter die Bettdecke gesteckt, unter der außer diesem Topf nichts war. Wie verläuft das Auftauen im Vergleich zum Auftauen neben der Bettdecke?
a) Das Essen taut schneller auf.
b) Das Essen taut genau so schnell auf.
c) Das Essen taut langsamer auf.
Aufgabe 808 (Thermodynamik, Kreisprozesse)
Ein ideales Gas durchläuft den im V(T)-Diagramm dargestellten Kreisprozess. Es ist bekannt:
a) Geben Sie die fehlenden Zustandsgrößen p, V und T für die Zustände (1), (2), (3) und (4) an.
b) Skizzieren Sie das zugehörige p(V)-Diagramm und markieren Sie die Zustände (1) bis (4).
c) Begründen Sie, dass während der Zustandsänderung von (1) nach (2) Wärme zugeführt werden muss.
Ein ideales Gas durchläuft den im V(T)-Diagramm dargestellten Kreisprozess. Es ist bekannt:a) Geben Sie die fehlenden Zustandsgrößen p, V und T für die Zustände (1), (2), (3) und (4) an.
b) Skizzieren Sie das zugehörige p(V)-Diagramm und markieren Sie die Zustände (1) bis (4).
c) Begründen Sie, dass während der Zustandsänderung von (1) nach (2) Wärme zugeführt werden muss.
Aufgabe 809 (Thermodynamik, Wärmemenge)
Eine Aluminium- und eine Kupferkugel besitzen die gleiche Masse und die gleiche Temperatur (90 °C). Beide werden auf eine Eisplatte mit einer Temperatur von 0°C gelegt. Unter welcher der beiden Kugeln schmilzt mehr Eis?
Begründe die Antwort anhand einer Formel!
Eine Aluminium- und eine Kupferkugel besitzen die gleiche Masse und die gleiche Temperatur (90 °C). Beide werden auf eine Eisplatte mit einer Temperatur von 0°C gelegt. Unter welcher der beiden Kugeln schmilzt mehr Eis?
Begründe die Antwort anhand einer Formel!
Aufgabe 810 (Thermodynamik, Wärmemenge)
Durch eine elektrische Kochplatte werden 500 ml Wasser von 18°C in 5,0 min zum Sieden gebracht. Durch Erwärmung der Kochplatte und durch Wärmeabgabe an die Umgebung gehen 2/3 der Leistung „verloren“, d.h. der Wirkungsgrad beträgt also 33,3%. Welche Leistung muss die Kochplatte haben?
Durch eine elektrische Kochplatte werden 500 ml Wasser von 18°C in 5,0 min zum Sieden gebracht. Durch Erwärmung der Kochplatte und durch Wärmeabgabe an die Umgebung gehen 2/3 der Leistung „verloren“, d.h. der Wirkungsgrad beträgt also 33,3%. Welche Leistung muss die Kochplatte haben?
Aufgabe 814 (Thermodynamik, Kreisprozesse)
Ein Stirling-Motor arbeite mit 50 g Luft 
zwischen den Temperaturen 
und 
sowie den Volumina 
und 
.
Ein Stirling-Motor arbeite mit 50 g Luft zwischen den Temperaturen und sowie den Volumina und .
a) Skizzieren Sie das V-p-Diagramm des Stirling-Motors. Erklären Sie seine Arbeitsweise anhand der Skizze und des Arbeitsdiagramms unter Nutzung des 1. Hauptsatzes der Thermodynamik.
b) Berechnen Sie für die vier Zustände die Drücke und stellen Sie den Kreisprozess qualitativ in einem V-T- sowie einem T-p-Diagramm grafisch dar.
c) Berechnen Sie für einen Durchlauf die Änderung der inneren Energie, die mechanische Arbeit und die Wärme.
d) Zeigen Sie, dass sich für diesen Kreisprozess der thermodynamische Wirkungsgrad nach der Beziehung
ergibt und bestimmen Sie ihn.
Aufgabe 815 (Thermodynamik, Wärmeübertragung)
Von zwei Konservendosen gleicher Bauart (weil beide den gleichen Inhalt enthielten) wurden die Etiketten abgeweicht und eine Dose schwarz gestrichen. In beiden Dosen befindet sich die gleiche Menge Wasser mit einer Temperatur von 89°C. Die silberne Dose wird mit Alufolie und die schwarze Dose mit schwarzer Folie verschlossen und dann in Ruhe gelassen.
Nach etwa 45 min wird bei beiden Dosen die Temperatur des Wassers bestimmt. Was zeigen die Thermometer an?
a) Das Thermometer in der silbernen Dose zeigt mehr an.
b) Beide Thermometer zeigen etwa die gleiche Temperatur an.
c) Das Thermometer in der schwarzen Dose zeigt mehr an.
Aufgabe 816 (Thermodynamik, Wärmeübertragung)
Zwei brennende Kerzen stehen nebeneinander auf einem Tisch. Die eine Kerze ist deutlich größer als die andere.
Jetzt wird ein Glas über beide Kerzen gestülpt, so dass die Sauerstoffzufuhr von außen gestoppt wird.
Wie gehen die Kerzen aus?
a) Die große Kerze geht zuerst aus.
b) Beide Kerzen gehen etwa gleichzeitig aus.
c) Die kleine Kerze geht zuerst aus.
d) Über die Reihenfolge kann keine Aussage gemacht werden.
Zwei brennende Kerzen stehen nebeneinander auf einem Tisch. Die eine Kerze ist deutlich größer als die andere.Jetzt wird ein Glas über beide Kerzen gestülpt, so dass die Sauerstoffzufuhr von außen gestoppt wird.
Wie gehen die Kerzen aus?
a) Die große Kerze geht zuerst aus.
b) Beide Kerzen gehen etwa gleichzeitig aus.
c) Die kleine Kerze geht zuerst aus.
d) Über die Reihenfolge kann keine Aussage gemacht werden.
Aufgabe 823 (Thermodynamik, Kreisprozesse)
Eine abgeschlossene Gasmenge ist im Anfangszustand durch folgende Größen gekennzeichnet:
Beim Stirlingschen Kreisprozess werden von dem Gas nacheinander folgende Zustandsänderungen durchlaufen:
- isochore Erwärmung um 40 K
- isotherme Expansion auf 290cm³
- isochore Abkühlung auf die Anfangstemperatur
- isotherme Kompression auf den Anfangszustand
a) Ermitteln Sie Druck, Volumen und Temperatur nach jeder Zustandsänderung.
b) Zeichnen Sie ein V-p-Diagramm für diesen Kreisprozess. Berechnen Sie für jede isotherme Zustandsänderung mindestens zwei weitere Wertepaare.
c) Entscheiden Sie, ob nach Abschluss des Kreisprozesses das System insgesamt Arbeit abgegeben oder aufgenommen hat.
Begründen Sie Ihre Antwort.
d) Bestimmen Sie diese Arbeit.
e) Wie groß ist der thermische Wirkungsgrad dieses Prozesses?
Geben Sie eine Möglichkeit an, den Wirkungsgrad zu vergrößern.
Eine abgeschlossene Gasmenge ist im Anfangszustand durch folgende Größen gekennzeichnet:
Beim Stirlingschen Kreisprozess werden von dem Gas nacheinander folgende Zustandsänderungen durchlaufen:
- isochore Erwärmung um 40 K
- isotherme Expansion auf 290cm³
- isochore Abkühlung auf die Anfangstemperatur
- isotherme Kompression auf den Anfangszustand
a) Ermitteln Sie Druck, Volumen und Temperatur nach jeder Zustandsänderung.
b) Zeichnen Sie ein V-p-Diagramm für diesen Kreisprozess. Berechnen Sie für jede isotherme Zustandsänderung mindestens zwei weitere Wertepaare.
c) Entscheiden Sie, ob nach Abschluss des Kreisprozesses das System insgesamt Arbeit abgegeben oder aufgenommen hat.
Begründen Sie Ihre Antwort.
d) Bestimmen Sie diese Arbeit.
e) Wie groß ist der thermische Wirkungsgrad dieses Prozesses?
Geben Sie eine Möglichkeit an, den Wirkungsgrad zu vergrößern.
Aufgabe 825 (Thermodynamik, Aggregatzustandsänderungen)
In einem Gefäß befindet sich tauender Schnee. Ein Thermometer, das nur ein wenig im Schnee steckt, zeigt eine Temperatur von 0°C an. Nun werden auf den Schnee zwei Teelöffel normales Kochsalz gestreut. Was zeigt das Thermometer kurze Zeit später an?
a) Es zeigt weniger als 0°C an.
b) Es zeigt weiterhin 0°C an.
c) Es zeigt mehr als 0°C an.
In einem Gefäß befindet sich tauender Schnee. Ein Thermometer, das nur ein wenig im Schnee steckt, zeigt eine Temperatur von 0°C an. Nun werden auf den Schnee zwei Teelöffel normales Kochsalz gestreut. Was zeigt das Thermometer kurze Zeit später an?a) Es zeigt weniger als 0°C an.
b) Es zeigt weiterhin 0°C an.
c) Es zeigt mehr als 0°C an.
Aufgabe 830 (Thermodynamik, Erster Hauptsatz)
Welche Wärmemenge muss man einem Behälter mit 2,5 m³ Luft zuführen, damit der Druck von 2*105 Pa auf 3*105 Pa ansteigt? (cv = 718 J/(kgK))
Welche Wärmemenge muss man einem Behälter mit 2,5 m³ Luft zuführen, damit der Druck von 2*105 Pa auf 3*105 Pa ansteigt? (cv = 718 J/(kgK))
Aufgabe 831 (Thermodynamik, Längenausdehnung)
Ein Bimetallstreifen besteht aus je einem 2 mm dicken Messing- und Eisenstreifen.
Bei 0°C ist der Streifen gerade.
Welchen Krümmungsradius R hat dieser Bogen, wenn der Bimetallstreifen auf 400°C erwärmt wird?
Ein Bimetallstreifen besteht aus je einem 2 mm dicken Messing- und Eisenstreifen.Bei 0°C ist der Streifen gerade.
Welchen Krümmungsradius R hat dieser Bogen, wenn der Bimetallstreifen auf 400°C erwärmt wird?
Aufgabe 832 (Thermodynamik, Zustandsgleichung der Gase)
In einer Sauerstoffflasche befinden sich bei einem Überdruck von 5,0 MPa 50 Liter Sauerstoff. Bei einem Luftdruck von 1,0·105 Pa werden 0,85 m³ Sauerstoff entnommen. Wie groß ist danach der Überdruck in der Flasche, wenn die Temperatur als konstant angenommen wird?
In einer Sauerstoffflasche befinden sich bei einem Überdruck von 5,0 MPa 50 Liter Sauerstoff. Bei einem Luftdruck von 1,0·105 Pa werden 0,85 m³ Sauerstoff entnommen. Wie groß ist danach der Überdruck in der Flasche, wenn die Temperatur als konstant angenommen wird?
Aufgabe 833 (Thermodynamik, Wärmemenge)
In einem Wasserwerk müssen pro Stunde 1000 m³ Wasser um 50 m in die Höhe gepumpt werden. Die Pumpe wird von einem Dieselmotor angetrieben, der dafür 40 l Dieselkraftstoff benötigt. Wie groß ist der Wirkungsgrad der Anlage?
Der Heizwert von Diesel beträgt
und die Dichte 
.
In einem Wasserwerk müssen pro Stunde 1000 m³ Wasser um 50 m in die Höhe gepumpt werden. Die Pumpe wird von einem Dieselmotor angetrieben, der dafür 40 l Dieselkraftstoff benötigt. Wie groß ist der Wirkungsgrad der Anlage?
Der Heizwert von Diesel beträgt
und die Dichte .
Aufgabe 837 (Thermodynamik, Mischungsregel)
Bei kalorischen Messungen ist die Wärmekapazität C des Kalorimetergefäßes zu berücksichtigen. Diese gibt an, welche Wärme erforderlich ist, um die Temperatur des Gefäßes um ein Kelvin zu erhöhen.
Um die Wärmekapazität experimentell zu bestimmen, wird das Kalorimetergefäß mit Wasser der Masse mk gefüllt und die sich nach einer bestimmten Zeit einstellende
konstante Temperatur Tk gemessen. Eine Wassermenge mw mit der höheren Temperatur Tw wird in das Kalorimeter gegossen und mit dem dort befindlichen Wasser vermischt. Nach einiger Zeit hat sich für alle Teilsysteme die Mischungstemperatur TM eingestellt.
Setzt man voraus, dass bei diesem Experiment keine Wärme mit der Umgebung ausgetauscht wird, gilt für die Wärmekapazität des Kalorimetergefäßes:
Bei kalorischen Messungen ist die Wärmekapazität C des Kalorimetergefäßes zu berücksichtigen. Diese gibt an, welche Wärme erforderlich ist, um die Temperatur des Gefäßes um ein Kelvin zu erhöhen.
Um die Wärmekapazität experimentell zu bestimmen, wird das Kalorimetergefäß mit Wasser der Masse mk gefüllt und die sich nach einer bestimmten Zeit einstellende
konstante Temperatur Tk gemessen. Eine Wassermenge mw mit der höheren Temperatur Tw wird in das Kalorimeter gegossen und mit dem dort befindlichen Wasser vermischt. Nach einiger Zeit hat sich für alle Teilsysteme die Mischungstemperatur TM eingestellt.
Setzt man voraus, dass bei diesem Experiment keine Wärme mit der Umgebung ausgetauscht wird, gilt für die Wärmekapazität des Kalorimetergefäßes:
a) Beschreiben Sie den Wärmeaustausch zwischen den drei Teilsystemen und stellen Sie die Energiebilanz für den gesamten Vorgang auf.
Leiten Sie daraus die obige Gleichung her.
b) Berechnen Sie aus den folgenden Messwerten die Wärmekapazität C.
Aufgabe 838 (Thermodynamik, Längenausdehnung)
Ein Zinkstab hat einen Querschnitt von 1,5 cm2. Ihm wird Wärme vom Betrag 30 kJ zugeführt.
Berechnen Sie die Längenänderung des Stabes.
Ein Zinkstab hat einen Querschnitt von 1,5 cm2. Ihm wird Wärme vom Betrag 30 kJ zugeführt.
Berechnen Sie die Längenänderung des Stabes.
Aufgabe 839 (Thermodynamik, Wärmemenge)
Ein elektrischer Wasserkocher hat eine Leistung von 2000 W. 70% der Energie, die der Kocher abgibt, werden an der Wasser abgegeben, der Rest geht verloren.
Wie lange dauert es, bis ein halber Liter Wasser von 20°C auf 95°C erhitzt wird?
Ein elektrischer Wasserkocher hat eine Leistung von 2000 W. 70% der Energie, die der Kocher abgibt, werden an der Wasser abgegeben, der Rest geht verloren.Wie lange dauert es, bis ein halber Liter Wasser von 20°C auf 95°C erhitzt wird?
Aufgabe 864 (Thermodynamik, Wärmeübertragung)
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In einem Topf mit Wasser befindet sich eine Kanne mit Kaffee. Die Kanne wurde so in den Topf gehangen, dass sie den Boden nicht berührt.
Nun wird unter dem Topf Feuer gemacht und das Wasser beginnt wenig später zu sieden, erkennbar an den aufsteigenden Dampfblasen.
Was passiert mit dem Kaffee in der Kanne?
a) Der Kaffe beginnt gleichzeitig mit dem Topf im Wasser zu sieden.
b) Der Kaffee beginnt einige Zeit nach dem Wasser ebenfalls zu sieden.
c) Er wird zwar sehr heiß, siedet aber auch dann nicht, wenn er lange in dem siedenden Wasser schwimmt.
(Quelle der Aufgabe: Otto Willi Gail, Wir plaudern uns durch die Physik)
In einem Topf mit Wasser befindet sich eine Kanne mit Kaffee. Die Kanne wurde so in den Topf gehangen, dass sie den Boden nicht berührt.Nun wird unter dem Topf Feuer gemacht und das Wasser beginnt wenig später zu sieden, erkennbar an den aufsteigenden Dampfblasen.
Was passiert mit dem Kaffee in der Kanne?
a) Der Kaffe beginnt gleichzeitig mit dem Topf im Wasser zu sieden.
b) Der Kaffee beginnt einige Zeit nach dem Wasser ebenfalls zu sieden.
c) Er wird zwar sehr heiß, siedet aber auch dann nicht, wenn er lange in dem siedenden Wasser schwimmt.
(Quelle der Aufgabe: Otto Willi Gail, Wir plaudern uns durch die Physik)
Aufgabe 865 (Thermodynamik, Kreisprozesse)
Erkläre mit Hilfe der Abbildung den Begriff Wirkungsgrad.
Erkläre mit Hilfe der Abbildung den Begriff Wirkungsgrad.
Aufgabe 866 (Thermodynamik, Kreisprozesse)
In der Zeichnung ist die Reihenfolge der Takte eines Viertakt-Ottomotors durcheinander geraten.
a) Welche Takte sind jeweils dargestellt?
b) Gib die richtige Reihenfolge der Ziffern an.
In der Zeichnung ist die Reihenfolge der Takte eines Viertakt-Ottomotors durcheinander geraten.a) Welche Takte sind jeweils dargestellt?
b) Gib die richtige Reihenfolge der Ziffern an.
Aufgabe 867 (Thermodynamik, Kreisprozesse)
In den Bildern sind die p-V-Diagramme für 2 Kreisprozesse dargestellt. Welcher der beiden Prozesse gibt Arbeit ab und welcher nimmt Arbeit auf.
Begründen Sie Ihre Entscheidung ausführlich.
Nennen Sie für jeden Kreisprozess eine praktische Anwendung.
In den Bildern sind die p-V-Diagramme für 2 Kreisprozesse dargestellt. Welcher der beiden Prozesse gibt Arbeit ab und welcher nimmt Arbeit auf.Begründen Sie Ihre Entscheidung ausführlich.
Nennen Sie für jeden Kreisprozess eine praktische Anwendung.
Aufgabe 868 (Thermodynamik, Temperatur)
Das Temperaturgefühl des Menschen hängt von so vielen Faktoren ab, dass es für uns unmöglich ist, eine zuverlässige Temperaturangabe zu machen. Ob etwas warm oder kalt ist, lässt sich nicht mit Bestimmtheit sagen. Kommt man im Winter bei Minusgraden nach Hause und ist richtig durchgefroren, fühlt sich 20°c anders an, als wenn man ruhig im Zimmer sitzt und ein Buch liest.
a) Gib vier Beispiele an, wo es wirklich wichtig ist, die Temperatur möglichst genau zu bestimmen.
Das Thermometer, wie wir es heute kennen, wurde im 18. Jahrhundert von Fahrenheit und Celsius erfunden. Es nutzt die Volumenänderung einer Flüssigkeit bei Temperaturänderung aus.
Im Laufe der Zeit sind viele Anwendungen spezielle Flüssigkeitsthermometer entwickelt worden. Manche messen sehr genau, andere weniger genau, dafür in einem großen Temperaturbereich.
b) Lies an jedem Thermometer die Temperatur ab und schreibe sie auf.
c) Informiere dich über das Bimetallthermometer und das Widerstandsthermometer. Welche Größe ändert sich bei Temperaturänderung?
Worin besteht der Vorteil von elektronischen Thermometern gegenüber allen anderen Thermometerarten?
Das Temperaturgefühl des Menschen hängt von so vielen Faktoren ab, dass es für uns unmöglich ist, eine zuverlässige Temperaturangabe zu machen. Ob etwas warm oder kalt ist, lässt sich nicht mit Bestimmtheit sagen. Kommt man im Winter bei Minusgraden nach Hause und ist richtig durchgefroren, fühlt sich 20°c anders an, als wenn man ruhig im Zimmer sitzt und ein Buch liest.
a) Gib vier Beispiele an, wo es wirklich wichtig ist, die Temperatur möglichst genau zu bestimmen.
Das Thermometer, wie wir es heute kennen, wurde im 18. Jahrhundert von Fahrenheit und Celsius erfunden. Es nutzt die Volumenänderung einer Flüssigkeit bei Temperaturänderung aus.
Im Laufe der Zeit sind viele Anwendungen spezielle Flüssigkeitsthermometer entwickelt worden. Manche messen sehr genau, andere weniger genau, dafür in einem großen Temperaturbereich.
b) Lies an jedem Thermometer die Temperatur ab und schreibe sie auf.
c) Informiere dich über das Bimetallthermometer und das Widerstandsthermometer. Welche Größe ändert sich bei Temperaturänderung?
Worin besteht der Vorteil von elektronischen Thermometern gegenüber allen anderen Thermometerarten?
Aufgabe 870 (Thermodynamik, Aggregatzustandsänderungen)
Zwei gleiche Thermometer hängen nebeneinander und zeigen beide etwa die gleiche Temperatur an. Am rechten Thermometer wird das Thermometergefäß mit Zellstoff umwickelt, der danach mit Spiritus getränkt wird. Der Spiritus stand lange genug neben der Versuchsanordnung und hat die Umgebungstemperatur.
Was zeigt das rechte Thermometer im Vergleich zum linken Thermometer einige Minuten nach dem Tränken des Zellstoffs an?
a) Es zeigt deutlich weniger an.
b) Es zeigt die gleiche Temperatur an.
c) Es zeigt deutlich mehr an.
Die beiden Thermometer hängen nebeneinander.
(Bild
1
von 4)Was zeigt das rechte Thermometer im Vergleich zum linken Thermometer einige Minuten nach dem Tränken des Zellstoffs an?
a) Es zeigt deutlich weniger an.
b) Es zeigt die gleiche Temperatur an.
c) Es zeigt deutlich mehr an.
Aufgabe 871 (Thermodynamik, Wärmeübertragung)
Bei etwa 16°C Außentemperatur stehen 2 gleiche Gläser nebeneinander auf dem Tisch. Beide Gläser werden mit der gleichen Menge Wasser gefüllt. Im linken Glas hat das Wasser eine Temperatur von etwa 69°C und im rechten Glas von etwa 48°C.
Es wird so lange gewartet, bis das Wasser im linken Glas um 10 K, also auf etwa 59°C, abgekühlt ist. Welche Temperatur hat zu diesem Zeitpunkt das Wasser im rechten Glas? a) Deutlich mehr als 38°C.
b) Etwa 38°C.
c) Deutlich weniger als 38°C.
Die beiden Gläser stehen nebeneinder.
(Bild
1
von 4)Es wird so lange gewartet, bis das Wasser im linken Glas um 10 K, also auf etwa 59°C, abgekühlt ist. Welche Temperatur hat zu diesem Zeitpunkt das Wasser im rechten Glas? a) Deutlich mehr als 38°C.
b) Etwa 38°C.
c) Deutlich weniger als 38°C.
Aufgabe 873 (Thermodynamik, Längenausdehnung)
Bei einer Umgebungstemperatur von 20,0°C wird ein Kupferdraht von 1,00 m Länge straff zwischen zwei Holtzsche Klemmen gespannt und mit einer Spannungsquelle verbunden, die einen hohen Strom liefern kann. In der Mitte des Drahtes befindet sich ein Massestück von 10 g.
Nach Einschalten des Stromes erwärmt sich der Draht und wird länger. Das Massestück sinkt um 7,4 cm nach unten.
Wie groß ist die Temperatur des Drahtes während des Stromflusses?
(Ein Kupferdraht von 60 975 mm Länge wird um 1mm länger, wenn er um 1 K erwärmt wird.)
Die Versuchsanordnung ohne Spannungsquelle.
(Bild
1
von 5)Nach Einschalten des Stromes erwärmt sich der Draht und wird länger. Das Massestück sinkt um 7,4 cm nach unten.
Wie groß ist die Temperatur des Drahtes während des Stromflusses?
(Ein Kupferdraht von 60 975 mm Länge wird um 1mm länger, wenn er um 1 K erwärmt wird.)
Aufgabe 893 (Thermodynamik, Zustandsgleichung der Gase)
Ein Kompressor hat im ungefüllten Zustand bei 21°C Außentemperatur eine Masse von 20,9 kg. Der Kompressorbehälter fasst 24 Liter. Nun wird der Behälter bis zu einem Überdruck von 7 bar gefüllt. Was zeigt die Waage jetzt an?
Die Dichte der Luft beträgt außerhalb des Kompressors 1,2 kg/m3 und der Kompressorbehälter hat sich nicht merklich erwärmt.
Der Kompressor.
(Bild
1
von 4)Die Dichte der Luft beträgt außerhalb des Kompressors 1,2 kg/m3 und der Kompressorbehälter hat sich nicht merklich erwärmt.
Aufgabe 928 (Thermodynamik, Wärmemenge)
Eine Tasse mit heißem Tee steht bei Zimmertemperatur auf einem Tisch und kühlt ab. Nach jeweils 10 min wird die Temperatur gemessen:
a) Stelle in einem Diagramm den Zusammenhang zwischen der Zeit und der Temperaturänderung dar.
b) Untersuche, ob zwischen der Zeit und der Temperaturänderung ein proportionaler Zusammenhang besteht. Begründe dein Ergebnis.
c) Vergleiche die Wärme, die der Tee an die Umgebung abgibt in der Zeitspanne von 10 min bis 20 min und von 30 min bis 40 min.
d) Beschreibe den Vorgang des Abkühlens mit den Begriffen thermische Energie, Temperatur und Wärme.
Eine Tasse mit heißem Tee steht bei Zimmertemperatur auf einem Tisch und kühlt ab. Nach jeweils 10 min wird die Temperatur gemessen:
| t in min | 0 | 10 | 20 | 30 | 40 |
|---|---|---|---|---|---|
| ϑ in °C | 90 | 55 | 38 | 28 | 24 |
b) Untersuche, ob zwischen der Zeit und der Temperaturänderung ein proportionaler Zusammenhang besteht. Begründe dein Ergebnis.
c) Vergleiche die Wärme, die der Tee an die Umgebung abgibt in der Zeitspanne von 10 min bis 20 min und von 30 min bis 40 min.
d) Beschreibe den Vorgang des Abkühlens mit den Begriffen thermische Energie, Temperatur und Wärme.
Aufgabe 934 (Thermodynamik, Aggregatzustandsänderungen)
Mit Hilfe eines Spirituskochers sollen 500 g Eis von -2°C zu Wasser mit 90°C erhitzt werden. Wie viel Gramm Brennspiritus sind dafür mindestens notwendig, wenn bei dem Vorgang nur 60% der eingesetzten Energie effektiv genutzt werden?
Fehlende Werte sind einem Tafelwerk oder dem Internet zu entnehmen.
Mit Hilfe eines Spirituskochers sollen 500 g Eis von -2°C zu Wasser mit 90°C erhitzt werden. Wie viel Gramm Brennspiritus sind dafür mindestens notwendig, wenn bei dem Vorgang nur 60% der eingesetzten Energie effektiv genutzt werden?Fehlende Werte sind einem Tafelwerk oder dem Internet zu entnehmen.
Aufgabe 942 (Thermodynamik, Aggregatzustandsänderungen)
Ein Schmied taucht zum Härten 4,0 kg glühenden Stahl mit einer Temperatur von 1150°C in einen Eimer mit 4,0 Liter Wasser von 20°C. Wie viel Wasser kann maximal verdampfen?
Ein Schmied taucht zum Härten 4,0 kg glühenden Stahl mit einer Temperatur von 1150°C in einen Eimer mit 4,0 Liter Wasser von 20°C. Wie viel Wasser kann maximal verdampfen?
Aufgabe 947 (Thermodynamik, Wärmeübertragung)
Zwei gleiche Eisblöcke werden, wie im Bild zu sehen, auf zwei Stuhllehnen gelegt, so dass sie in der Mitte frei schweben. Über die freie Stelle des einen Blockes wird eine Schlinge aus Stahldraht, über die des anderen eine Schlinge aus Nylondraht gelegt. Beide Drähte haben einen Durchmesser von 1,2 mm.
Jede Schlinge wird unten mit einem Stein beschwert, die Steine haben die gleiche Masse (2,6 kg). Die Umgebungstemperatur beträgt etwa 4°C, so dass die Eisblöcke über 24 Stunden durchhalten.
Nach einiger Zeit erkennt man, dass sich der Stahldraht durch das Eis hindurch bewegt. Unter dem Draht scheint das Eis zu tauen, über dem Draht gefriert es wieder. Nach etwa 22 Stunden fällt er unten heraus.
Wie verhält sich der Nylondraht?
a) Er wandert deutlich langsamer durch das Eis.
b) Er wandert etwa genau so schnell durch das Eis.
c) Er wandert deutlich schneller durch das Eis.
Die beiden Eisblöcke zu Beginn des Versuches.
(Bild
1
von 3)Jede Schlinge wird unten mit einem Stein beschwert, die Steine haben die gleiche Masse (2,6 kg). Die Umgebungstemperatur beträgt etwa 4°C, so dass die Eisblöcke über 24 Stunden durchhalten.
Nach einiger Zeit erkennt man, dass sich der Stahldraht durch das Eis hindurch bewegt. Unter dem Draht scheint das Eis zu tauen, über dem Draht gefriert es wieder. Nach etwa 22 Stunden fällt er unten heraus.
Wie verhält sich der Nylondraht?
a) Er wandert deutlich langsamer durch das Eis.
b) Er wandert etwa genau so schnell durch das Eis.
c) Er wandert deutlich schneller durch das Eis.
Aufgabe 960 (Thermodynamik, Wärmeübertragung)
Die jeweils gleiche Menge heißes Wasser wird in zwei nebeneinander stehende tiefe Teller gegeben. Die beiden Thermometer in den Tellern zeigen etwa die gleiche Temperatur an.
Nun wird auf den linken Teller eine dünne Schicht Speiseöl gegeben, so dass die Oberfläche des Wassers zum größten Teil bedeckt ist. Die Temperatur des Wassers in dem rechten Teller sinkt nach einer bestimmten Zeit auf etwa 40°C. Was zeigt zu diesem Zeitpunkt das Thermometer in dem linken Teller an?
a) deutliche weniger als 40°C.
b) etwa auch 40°C.
c) deutliche mehr als 40°C.
Die Teller ohne Wasser.
(Bild
1
von 7)Nun wird auf den linken Teller eine dünne Schicht Speiseöl gegeben, so dass die Oberfläche des Wassers zum größten Teil bedeckt ist. Die Temperatur des Wassers in dem rechten Teller sinkt nach einer bestimmten Zeit auf etwa 40°C. Was zeigt zu diesem Zeitpunkt das Thermometer in dem linken Teller an?
a) deutliche weniger als 40°C.
b) etwa auch 40°C.
c) deutliche mehr als 40°C.
Aufgabe 974 (Thermodynamik, Längenausdehnung)
Neulich im Bastelkeller bei 20°C: In ein Motorengehäuse aus Aluminium muss für die Kurbelwelle ein neues Kugellager eingesetzt werden. Das Lager (6303 C3) hat einen Außendurchmesser von 47,00 mm und soll in die Bohrung des Motorblocks von 46,95 mm Innendurchmesser (gemessen mit einem digitalen Messschieber; 0,01 mm Genauigkeit).
Dazu wird das Kugellager aus Chromstahl im Tiefkühlschrank auf -18°C abgekühlt und der Motorblock an der Stelle, wo das Lager rein soll, mit einer Heizluftpistole auf 95°C erhitzt.
Das Zusammenfügen muss dann sehr schnell erfolgen, damit sich die Temperaturen der Teile nicht ändern.
Wie viel Luft ist beim Zusammenstecken rings um das Kugellager, wenn es genau zentriert in das Loch geschoben wird?
Im Internet findet man für Aluminium einen Längenausdehungskoeffizienten von
und für Chromstahl von 
.
Die Bohrung im Motorgehäuse, in die das Kugellager hinein soll.
(Bild
1
von 5)Dazu wird das Kugellager aus Chromstahl im Tiefkühlschrank auf -18°C abgekühlt und der Motorblock an der Stelle, wo das Lager rein soll, mit einer Heizluftpistole auf 95°C erhitzt.
Das Zusammenfügen muss dann sehr schnell erfolgen, damit sich die Temperaturen der Teile nicht ändern.
Wie viel Luft ist beim Zusammenstecken rings um das Kugellager, wenn es genau zentriert in das Loch geschoben wird?
Im Internet findet man für Aluminium einen Längenausdehungskoeffizienten von
und für Chromstahl von .
Aufgabe 981 (Thermodynamik, Kreisprozesse)
Die Abbildung zeigt das p(V)-Diagramm eines Stirling'schen Kreisprozesses.
Welches V(T)-Diagramm passt zu diesem Kreisprozess?
Die Abbildung zeigt das p(V)-Diagramm eines Stirling'schen Kreisprozesses.Welches V(T)-Diagramm passt zu diesem Kreisprozess?
Aufgabe 1006 (Thermodynamik, Wärmemenge)
Es soll die spezifische Wärmekapazität einer unbekannten Flüssigkeit bestimmt werden. Dazu wird in ein Glasgefäß 100 ml Wasser mit einer Temperatur von 19°C gegossen. Das Gefäß mit dem Wasser hat eine Masse von 186 g.
Zur Isolation wird das Gefäß in ein größeres Becherglas gestellt und eine elektrische Heizung im Wasser installiert.
Durch die Heizschlange fließen bei einer Spannung von 11,2 V ein konstanter Strom von 2,9 A. Nach 8 Minuten und 30 Sekunden hat sich das Wasser auf 39°C erwärmt.
Nun wird in das Gefäß geleert und 100 ml der unbekannten Flüssigkeit gegeben. Die Masse des gefüllten Glases beträgt jetzt 172 g.
In der gleichen Anordnung dauert es diesmal 9 Minuten und 38 Sekunden, bis sich die Flüssigkeit von 26°C auf 56°C erwärmt hat. Wie groß ist nun die spezifische Wärmekapazität dieser Flüssigkeit?
Es soll die spezifische Wärmekapazität einer unbekannten Flüssigkeit bestimmt werden. Dazu wird in ein Glasgefäß 100 ml Wasser mit einer Temperatur von 19°C gegossen. Das Gefäß mit dem Wasser hat eine Masse von 186 g.Zur Isolation wird das Gefäß in ein größeres Becherglas gestellt und eine elektrische Heizung im Wasser installiert.
Durch die Heizschlange fließen bei einer Spannung von 11,2 V ein konstanter Strom von 2,9 A. Nach 8 Minuten und 30 Sekunden hat sich das Wasser auf 39°C erwärmt.
Nun wird in das Gefäß geleert und 100 ml der unbekannten Flüssigkeit gegeben. Die Masse des gefüllten Glases beträgt jetzt 172 g.
In der gleichen Anordnung dauert es diesmal 9 Minuten und 38 Sekunden, bis sich die Flüssigkeit von 26°C auf 56°C erwärmt hat. Wie groß ist nun die spezifische Wärmekapazität dieser Flüssigkeit?
Aufgabe 1017 (Thermodynamik, Wärmeübertragung)
Die Abbildungen zeigen den Kühler einer CPU nach etwa einem Jahr fleißiger Arbeit.
a) Welche beiden Arten der Wärmeübertragung treten bei dem Kühlelement auf.
b) Nennen Sie ein für die Kühllamellen geeignetes Material und begründen Sie Ihre Entscheidung.
c) Weshalb wird die Kühlleistung durch den Staub stark herabgesetzt?
Die Flügel des Lüfters sind recht schmutzig.
(Bild
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von 2)a) Welche beiden Arten der Wärmeübertragung treten bei dem Kühlelement auf.
b) Nennen Sie ein für die Kühllamellen geeignetes Material und begründen Sie Ihre Entscheidung.
c) Weshalb wird die Kühlleistung durch den Staub stark herabgesetzt?
Aufgabe 1032 (Thermodynamik, Mischungsregel)
Ein guter Eintopf sollte auch nach dem Servieren auf dem Teller noch heiß sein. Deshalb bringt man nicht nur die Suppe heiß auf den Tisch, sondern wärmt auch die Teller an.
Die Suppe hat im Topf eine Temperatur von 85°C. Die Portion, die auf den Teller kommt, hat eine Masse von 400g und der Porzellanteller eine Masse von 500 g.
Welche Anfangstemperatur muss der Teller haben, damit sich alleine durch den Temperaturausgleich zwischen Suppe und Teller eine Temperatur von 75°C einstellt? Die spezifische Wärmekapazität der Suppe entspricht der von Wasser, die des Tellers der vom Porzellan.
Der leere Teller hat eine Masse von 500 g.
(Bild
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von 2)Die Suppe hat im Topf eine Temperatur von 85°C. Die Portion, die auf den Teller kommt, hat eine Masse von 400g und der Porzellanteller eine Masse von 500 g.
Welche Anfangstemperatur muss der Teller haben, damit sich alleine durch den Temperaturausgleich zwischen Suppe und Teller eine Temperatur von 75°C einstellt? Die spezifische Wärmekapazität der Suppe entspricht der von Wasser, die des Tellers der vom Porzellan.
Aufgabe 1034 (Thermodynamik, Kreisprozesse)
Ein thermodynamischer Kreisprozess besteht aus genau einer isothermen, einer isobaren und einer isochoren Zustandsänderung des idealen Gases.
Zwei Kreisprozesse, die sich in der Abfolge der Zustandsänderungen unterscheiden, sind möglich.
a) Skizzieren Sie jeweils ein p-V-Diagramm für jede der beiden Möglichkeiten. Jeder der beiden Graphen wird im Uhrzeigersinn durchlaufen.
b) Einer der beiden Prozesse enthält eine Zustandsänderung (a), bei der die Zufuhr von Wärme ausschließlich zur Erhöhung der inneren Energie des Gases führt.
Die andere enthält eine Zustandsänderung (b), bei der die Volumenarbeit am Gas ausschließlich zur Abgabe von Wärme führt.
Wenden Sie die Gleichung des ersten Hauptsatzes auf diese beiden Zustandsänderungen an.
Kennzeichnen Sie die Zustandsänderungen (a) und (b) im jeweiligen Diagramm.
Ein thermodynamischer Kreisprozess besteht aus genau einer isothermen, einer isobaren und einer isochoren Zustandsänderung des idealen Gases.
Zwei Kreisprozesse, die sich in der Abfolge der Zustandsänderungen unterscheiden, sind möglich.
a) Skizzieren Sie jeweils ein p-V-Diagramm für jede der beiden Möglichkeiten. Jeder der beiden Graphen wird im Uhrzeigersinn durchlaufen.
b) Einer der beiden Prozesse enthält eine Zustandsänderung (a), bei der die Zufuhr von Wärme ausschließlich zur Erhöhung der inneren Energie des Gases führt.
Die andere enthält eine Zustandsänderung (b), bei der die Volumenarbeit am Gas ausschließlich zur Abgabe von Wärme führt.
Wenden Sie die Gleichung des ersten Hauptsatzes auf diese beiden Zustandsänderungen an.
Kennzeichnen Sie die Zustandsänderungen (a) und (b) im jeweiligen Diagramm.
Aufgabe 1088 (Thermodynamik, Wärmemenge)
Ein Babyschnuller sollte in den ersten sechs Lebensmonaten täglich durch Abkochen sterilisiert werden.
Dazu stellt man auf eine eingeschaltete Herdplatte (Heizleistung 1500 W) einen Topf mit 0,5 Liter Wasser der Temperatur 16°C. Der Wirkungsgrad der Herdplatte beträgt 70%.
a) Wie lange dauert es, bis das Wasser zu kochen beginnt? Gib die Zeit in Minuten und Sekunden an (z.B. 3 min 10s). (5)
b) Die Erfahrung sagt, dass man das Wasser auf der Herdplatte gern mal vergisst. Wie lange dauert es, bis die Hälfte des Wassers verdampft ist? (2)
Hinweise:
Der Einfluss der Schnuller im Wasser kann komplett vernachlässigt werden.
Ein Babyschnuller sollte in den ersten sechs Lebensmonaten täglich durch Abkochen sterilisiert werden.
Dazu stellt man auf eine eingeschaltete Herdplatte (Heizleistung 1500 W) einen Topf mit 0,5 Liter Wasser der Temperatur 16°C. Der Wirkungsgrad der Herdplatte beträgt 70%.
a) Wie lange dauert es, bis das Wasser zu kochen beginnt? Gib die Zeit in Minuten und Sekunden an (z.B. 3 min 10s). (5)
b) Die Erfahrung sagt, dass man das Wasser auf der Herdplatte gern mal vergisst. Wie lange dauert es, bis die Hälfte des Wassers verdampft ist? (2)
Hinweise:
Der Einfluss der Schnuller im Wasser kann komplett vernachlässigt werden.
Aufgabe 1116 (Thermodynamik, Kreisprozesse)
Das Bild zeigt das Energieflussschema von zwei unterschiedlichen Wärmekraftmaschinen. Die erste arbeitet zweistufig und kühlt ein Gas über zwei Stufen von 3000 K auf 1000 K ab. In der zweiten Maschine erfolgt dieser Vorgang in einem Schritt.
a)Geben Sie alle fehlenden Werte für h, Q und W an.
b) Vergleichen Sie den Gesamtwirkungsgrad beider Maschinen.
Das Bild zeigt das Energieflussschema von zwei unterschiedlichen Wärmekraftmaschinen. Die erste arbeitet zweistufig und kühlt ein Gas über zwei Stufen von 3000 K auf 1000 K ab. In der zweiten Maschine erfolgt dieser Vorgang in einem Schritt.
a)Geben Sie alle fehlenden Werte für h, Q und W an.
b) Vergleichen Sie den Gesamtwirkungsgrad beider Maschinen.
Aufgabe 1171 (Thermodynamik, Zustandsgleichung der Gase)
Die Diagramme zeigen einige Zustandsänderungen, bei denen jeweils eine der drei Größen Temperatur, Druck oder Volumen konstant bleibt. Entscheiden Sie für jedes Diagramm, welche Größe das ist.
Die Diagramme zeigen einige Zustandsänderungen, bei denen jeweils eine der drei Größen Temperatur, Druck oder Volumen konstant bleibt. Entscheiden Sie für jedes Diagramm, welche Größe das ist.
Aufgabe 1172 (Thermodynamik, Zustandsgleichung der Gase)
Wie und um wieviel Prozent ändert sich das Volumen eines idealen Gases, wenn
Wie und um wieviel Prozent ändert sich das Volumen eines idealen Gases, wenn
- der absolute Druck isotherm um 15% abnimmt
- die absolute Temperatur isobar um 23% zunimmt
- der absolute Druck um 18% zunimmt und gleichzeitig die absolute Temperatur um 30% abnimmt?
Aufgabe 1210 (Thermodynamik, Wärmemenge)
Für das erste Gefäß, in dem sich 1 Liter Wasser mit 15°C Anfangstemperatur befinden, benötigt die eine Heizquelle 5 min, um es auf 25°C zu erwärmen.
Welche Endtemperaturen stellen sich bei allen anderen Wassermengen ein.
Hinweis: Das Gefäß gibt keine Wärme an die Umgebung ab. 2 Kerzen liefern die doppelte Wärme von einer Kerze.
Für das erste Gefäß, in dem sich 1 Liter Wasser mit 15°C Anfangstemperatur befinden, benötigt die eine Heizquelle 5 min, um es auf 25°C zu erwärmen.
Welche Endtemperaturen stellen sich bei allen anderen Wassermengen ein.
Hinweis: Das Gefäß gibt keine Wärme an die Umgebung ab. 2 Kerzen liefern die doppelte Wärme von einer Kerze.
Aufgabe 1232 (Thermodynamik, Zustandsgleichung der Gase)
Ein Behälter ist oben durch einen reibungsfrei beweglichen Kolben der Masse 3,25 kg und der Querschnittsfläche 4,0 dm² abgeschlossen.
Im Behälter befinden sich im Ausgangszustand 40 Liter Helium (R = 2,077 kJ · kg-1 · K-1; cp = 5,238 kJ · kg-1 · K-1) der Temperatur 20°C. Der äußere Luftdruck beträgt 101 hPa.
a) Zeigen Sie durch eine Berechnung, dass der Druck in dem Behälter 1021 hPa beträgt.
b) Leiten Sie, ausgehend von der Gleichung
eine Beziehung zur Berechnung der Dichte des Heliums her.
Berechnen Sie die Dichte des Heliums in dem Behälter.
c) Durch Wärmeeinstrahlung erwärmt sich das Gas; dadurch wird der Kolben um 5,0 cm gehoben. Berechnen Sie die Temperaturerhöhung des Heliums.
Berechnen Sie weiterhin die Wärme, die von außen zugeführt werden muss sowie die verrichtete Volumenarbeit.
d) Der Kolben wird nun isotherm in seine Ausgangslage zurückgeschoben. Berechnen Sie die dabei am System verrichtete Arbeit.
(LK Sachsen 1994)
Ein Behälter ist oben durch einen reibungsfrei beweglichen Kolben der Masse 3,25 kg und der Querschnittsfläche 4,0 dm² abgeschlossen.
Im Behälter befinden sich im Ausgangszustand 40 Liter Helium (R = 2,077 kJ · kg-1 · K-1; cp = 5,238 kJ · kg-1 · K-1) der Temperatur 20°C. Der äußere Luftdruck beträgt 101 hPa.
a) Zeigen Sie durch eine Berechnung, dass der Druck in dem Behälter 1021 hPa beträgt.
b) Leiten Sie, ausgehend von der Gleichung
eine Beziehung zur Berechnung der Dichte des Heliums her.
Berechnen Sie die Dichte des Heliums in dem Behälter.
c) Durch Wärmeeinstrahlung erwärmt sich das Gas; dadurch wird der Kolben um 5,0 cm gehoben. Berechnen Sie die Temperaturerhöhung des Heliums.
Berechnen Sie weiterhin die Wärme, die von außen zugeführt werden muss sowie die verrichtete Volumenarbeit.
d) Der Kolben wird nun isotherm in seine Ausgangslage zurückgeschoben. Berechnen Sie die dabei am System verrichtete Arbeit.
(LK Sachsen 1994)
Aufgabe 1243 (Thermodynamik, Kreisprozesse)
Ein Gas, das als ideal betrachtet wird, durchläuft nacheinander folgende Zustandsänderungen:
A → B: Das Gas mit dem Anfangsvolumen 1,0 dm³ dehnt sich isotherm auf das Fünffache aus und erreicht den Druck 0,10 MPa.
B → C: Das Gas gibt isobar die Wärme 0,65 kJ ab, die innere Energie des Systems sinkt dabei um 0,46 kJ.
C → A: Adiabatische Kompression, bis der Ausgangszustand erreicht ist.
a) Nennen Sie wesentliche Eigenschaften, die das Modell „Ideales Gas“ den Gasteilchen zuordnet.
b) Berechnen Sie den Druck des Gases für den Zustand A und das Volumen des Gases für den Zustand C.
c) Skizzieren Sie das zugehörige p(V)-Diagramm unter Verwendung der gegebenen und berechneten Werte.
d) Für die Zustandsänderungen B →C und C → A gilt:
Begründen Sie diese Aussage.
e) Der Inhalt der von dem Graphen der Zustandsänderung im p(V)-Diagramm eingeschlossenen Fläche ist ein Maß für den Betrag der vom Gas während eines Zyklus (A → B → C → A) insgesamt verrichteten mechanischen Arbeit. Bestimmen Sie diese Arbeit.
(LK Sachsen 2007)
Ein Gas, das als ideal betrachtet wird, durchläuft nacheinander folgende Zustandsänderungen:
A → B: Das Gas mit dem Anfangsvolumen 1,0 dm³ dehnt sich isotherm auf das Fünffache aus und erreicht den Druck 0,10 MPa.
B → C: Das Gas gibt isobar die Wärme 0,65 kJ ab, die innere Energie des Systems sinkt dabei um 0,46 kJ.
C → A: Adiabatische Kompression, bis der Ausgangszustand erreicht ist.
a) Nennen Sie wesentliche Eigenschaften, die das Modell „Ideales Gas“ den Gasteilchen zuordnet.
b) Berechnen Sie den Druck des Gases für den Zustand A und das Volumen des Gases für den Zustand C.
c) Skizzieren Sie das zugehörige p(V)-Diagramm unter Verwendung der gegebenen und berechneten Werte.
d) Für die Zustandsänderungen B →C und C → A gilt:
Begründen Sie diese Aussage.e) Der Inhalt der von dem Graphen der Zustandsänderung im p(V)-Diagramm eingeschlossenen Fläche ist ein Maß für den Betrag der vom Gas während eines Zyklus (A → B → C → A) insgesamt verrichteten mechanischen Arbeit. Bestimmen Sie diese Arbeit.
(LK Sachsen 2007)
Aufgabe 1246 (Thermodynamik, Zustandsgleichung der Gase)
In einem aufrechtstehenden Zylinder mit der Querschnittsfläche A = 3,00 dm² ist Luft der Masse m und der Temperatur 20,0°C durch einen reibungsfrei und vertikal beweglichen Kolben eingeschlossen. Der Kolben hat die Masse mK = 2,00 kg und ruht zunächst in der Höhe h1. Der äußere Luftdruck beträgt pLuft = 1,01 ∙ 105 Pa.
a) Weisen Sie nach, dass der Gasdruck im Zylinder 1,02 ∙ 105 Pa beträgt.
b) Berechnen Sie die Dichte der eingeschlossenen Luft.
(spezifische Gaskonstante von Luft: 287 J ∙kg-1 ∙ K-1
Auf den beweglichen Kolben wird eine Zusatzkraft FZ nach unten ausgeübt.
c) Der Kolben bewegt sich zuerst eine relativ große Wegstrecke schnell (adiabatische Zustandsänderung) und anschließend eine kleine Wegstrecke langsam (isobare Zustandsänderung) auf die Höhe h2, bei der der Kolben wieder ruht. Beschreiben Sie für beide Teilvorgänge jeweils die Änderungen der Zustandsgrößen Druck, Temperatur und Volumen.
d) Für die Höhe h2 gilt:
Leiten Sie diese Gleichung her.
(LK Sachsen 2008)
In einem aufrechtstehenden Zylinder mit der Querschnittsfläche A = 3,00 dm² ist Luft der Masse m und der Temperatur 20,0°C durch einen reibungsfrei und vertikal beweglichen Kolben eingeschlossen. Der Kolben hat die Masse mK = 2,00 kg und ruht zunächst in der Höhe h1. Der äußere Luftdruck beträgt pLuft = 1,01 ∙ 105 Pa.
a) Weisen Sie nach, dass der Gasdruck im Zylinder 1,02 ∙ 105 Pa beträgt.
b) Berechnen Sie die Dichte der eingeschlossenen Luft.
(spezifische Gaskonstante von Luft: 287 J ∙kg-1 ∙ K-1
Auf den beweglichen Kolben wird eine Zusatzkraft FZ nach unten ausgeübt.
c) Der Kolben bewegt sich zuerst eine relativ große Wegstrecke schnell (adiabatische Zustandsänderung) und anschließend eine kleine Wegstrecke langsam (isobare Zustandsänderung) auf die Höhe h2, bei der der Kolben wieder ruht. Beschreiben Sie für beide Teilvorgänge jeweils die Änderungen der Zustandsgrößen Druck, Temperatur und Volumen.
d) Für die Höhe h2 gilt:
Leiten Sie diese Gleichung her.
(LK Sachsen 2008)
Aufgabe 1272 (Thermodynamik, Aggregatzustandsänderungen)
Wie viel Gramm Eis von –12°C benötigen Sie, um 300 ml Tee von 25°C auf 4°C abzukühlen?
Bildquelle: https://www.mineralwasser.com
Wie viel Gramm Eis von –12°C benötigen Sie, um 300 ml Tee von 25°C auf 4°C abzukühlen?
Bildquelle: https://www.mineralwasser.com
Aufgabe 1293 (Thermodynamik, Kreisprozesse)
(LK Sachsen 2021, ohne Hilfsmittel)
Ein ideales Gas befindet sich in einem geschlossenen System im Zustand 1. Das Gas durchläuft nacheinander die Zustandsänderungen 1 → 2 und 2 → 3 (isotherm). Die Abbildung zeigt das zugehörige p(V)-Diagramm.
Für das ideale Gas gilt:
a) Nennen Sie eine Formulierung des ersten Hauptsatzes der Thermodynamik und wenden Sie den Satz auf die Zustandsänderung 2 → 3 an.
b) Vergleichen Sie die Beträge der Volumenarbeit W12 und W23. Entscheiden Sie, ob die jeweilige Volumenarbeit dem System zugeführt oder vom System abgegeben wird.
c) Zeichen Sie das zugehörige V(T)-Diagramm.
Kennzeichnen Sie die Zustände 2 und 3 im Diagramm.
(LK Sachsen 2021, ohne Hilfsmittel)
Ein ideales Gas befindet sich in einem geschlossenen System im Zustand 1. Das Gas durchläuft nacheinander die Zustandsänderungen 1 → 2 und 2 → 3 (isotherm). Die Abbildung zeigt das zugehörige p(V)-Diagramm.
Für das ideale Gas gilt:
a) Nennen Sie eine Formulierung des ersten Hauptsatzes der Thermodynamik und wenden Sie den Satz auf die Zustandsänderung 2 → 3 an.
b) Vergleichen Sie die Beträge der Volumenarbeit W12 und W23. Entscheiden Sie, ob die jeweilige Volumenarbeit dem System zugeführt oder vom System abgegeben wird.
c) Zeichen Sie das zugehörige V(T)-Diagramm.
Kennzeichnen Sie die Zustände 2 und 3 im Diagramm.