Übungsbsp zur Wärmelehre/thermodynamik

Wissenschaft Physik
#1

Hallo,

Jetzt mal eine allgemeine Frage:

Also die Zustandsgleichung ist:
p*V=N*T*k

p…Druck, V… Volumen, N…Avogadrozahl, T…Temperatur und k…Boltzmannkonstante

N=n*Na diese Formel haben wir auch aufgeschrieben.

Na wäre die Avogadrozahl und n wäre die Molzahl. Wann bitte muss ich das verwenden? Wenn die Molzahl gegeben ist?

________

Fragen zu kleinen Beispielen:

  1. Ein 200l-Stahlfass wurde bei 30°C mit Öl(im unserem Fall Olivenöl) gefüllt. Wie viel kann bei 20°C nachgefüllt werden?

Also hier muss man die Volumsänderungs-Formel nehmen die so aussieht:
△V=γ⋅V⋅△T

Gamma ist hier der Volumsausdehnungskoeffizient.

In der Schule haben wir einmal die Formel für gamma=720*10^6 1/K und einmal gamma für Stahl. Aber es gibt kein Gamme für Stahl nur den linearen Ausdehnungskeffizient laut einer kleine Tabelle hier. Alpha=11,7*10^-6 1/K.
Gamme=3*alpha bei Stahl schrieben wir auf. Warum den bitte das?

Als wir dann die Dehnung von Öl und Stahl hatten, wurde die Differenz gebildet und das Ergebnis war dann die „Luftblase“ die entstand. DeltaT=10°C.

Warum verändert sich das Volumen des Öls? Da ein bisschen was verdampft? Warum dehnt sich das Stahl aus, die Temperatur sinkt ja, oder?

_________

  1. In einem absolut dicht schließenden Tiefkühlschrank herrscht vor der Inbetriebnahme eine Temmperatur von 20°C bei 1013 mbar. Nach dem Einschalten sinkt die Temperatur auf -10°C.

a.) Wie groß ist dann der Druck im Inneren.
b.) Welche Kraft wäre jetzt zum Öffnen der Tür(0,8m²) erforderlich, wenn der äußere Luftdruck 1013mbar beträgt?

Wie erkennt man hier das man eine Zustandsgleichung verwenden muss bzw. sie wie folgt gleichsetzen muss?:

p1*V1/T1 = p2*V2/T2

Naja das Volumen dürft auf jedenfall gleich bleiben, da der Kühlschrank geschlossen ist.

zu b:
In der Schule haben wir die Formel Druck = Kraft / Flächen genommen. Ich denke jetzt ist doch ganz einfach… man muss doch nur auf Kraft umformen, aber nein in der Schule haben wir statt p(Druck) 10400*P0 geschrieben. Warum? Was beudeutet das?

_________

Danke im voraus!

Gruß

#2

Hallo,

Fragen zu kleinen Beispielen:

  1. Ein 200l-Stahlfass wurde bei 30°C mit Öl(im unserem Fall
    Olivenöl) gefüllt. Wie viel kann bei 20°C nachgefüllt werden?
    Also hier muss man die Volumsänderungs-Formel nehmen die so
    aussieht:
    △V=γ⋅V⋅△T
    Gamma ist hier der Volumsausdehnungskoeffizient.

In der Schule haben wir einmal die Formel für gamma=720*10^6
1/K und einmal gamma für Stahl. Aber es gibt kein Gamme für
Stahl nur den linearen Ausdehnungskeffizient laut einer kleine
Tabelle hier. Alpha=11,7*10^-6 1/K.

Volumenausdehnungskoeff. wird für fluide Medien angegeben.
Bei Festen Stoffen eben der lineare Ausdehnungskoeff.
Aus dem läßt sich bei Bedarf auch leicht die
Ausdehnung des Volumens berechnen, oder?

Gamme=3*alpha bei Stahl schrieben wir auf.

Warum den bitte das?
Das ist wohl eine gute Näherung.
Rechne doch mal die korrekte Formel (für Volumen)
und dann die Näherung aus.
Oder rechne mal (1,00001)³ aus.
Rein mathematischer Effekt. Fällt dir was auf?

Als wir dann die Dehnung von Öl und Stahl hatten, wurde die
Differenz gebildet und das Ergebnis war dann die „Luftblase“
die entstand. DeltaT=10°C.

Warum verändert sich das Volumen des Öls?

Die Frage ist nun eigentlich überflüssig,
denn der Unterrichtsstoff hatte doch wohl
genau die Ausdehnung von Stoffen bei Erwärmung
zum Inhalt, oder?
http://de.wikipedia.org/wiki/W%C3%A4rmeausdehnung

Da ein bisschen was
verdampft? Warum dehnt sich das Stahl aus,
die Temperatur sinkt ja, oder?

Genau. Deshalb zieht sich der Stahl auch zusammen!
Nur die Ausdehnungskoeff. von unterschiedlichen
Stoffen sind nicht gleich groß.
________

  1. In einem absolut dicht schließenden Tiefkühlschrank
    herrscht vor der Inbetriebnahme eine Temmperatur von 20°C bei
    1013 mbar. Nach dem Einschalten sinkt die Temperatur auf
    -10°C.
    a.) Wie groß ist dann der Druck im Inneren.
    b.) Welche Kraft wäre jetzt zum Öffnen der Tür(0,8m²)
    erforderlich, wenn der äußere Luftdruck 1013mbar beträgt?
    Wie erkennt man hier das man eine Zustandsgleichung verwenden
    muss bzw. sie wie folgt gleichsetzen muss?:
    p1*V1/T1 = p2*V2/T2
    Naja das Volumen dürft auf jedenfall gleich bleiben, da der
    Kühlschrank geschlossen ist.

So ist es. Es gilt also V1 = V2 -> macht es einfach zu rechen!
Und beachte, dass man hier natürlich nicht mit °C rechnet!

Hier müßte man zwar theoretisch auch das
Zusammenziehen der Kühlschrankwände berücksichtigen,
da dieses aber winzig ist im Vergleich zum Gas,
wird es in Praxis meist vernachlässigt.

zu b:
In der Schule haben wir die Formel Druck = Kraft / Flächen
genommen. Ich denke jetzt ist doch ganz einfach… man muss
doch nur auf Kraft umformen,

Ja, mach doch. Allerdings beachten, dass hier nur der
Differenzdruck wirkt. Außen sind immer noch 1013mbar.

aber nein in der Schule haben wir
statt p(Druck) 10400*P0 geschrieben.
Warum? Was beudeutet das?

Kann ich nicht nachvollziehen bzw. nur vermuten.

Kann es sein, dass du falsch abgeschrieben hast?
Nimm mal für „P0“ die Einheit „Pa“ , dann kommt
ein Sinn bei raus und sogar die Zahl stimmt.
Gruß Uwi

#3

Hallo,

Jetzt mal eine allgemeine Frage:

ist das eine reine Hausaufgabenerledigung + Lückenbeseitigung?

Also die Zustandsgleichung ist:
p*V=N*T*k

p…Druck, V… Volumen, N…Avogadrozahl, T…Temperatur und
k…Boltzmannkonstante

„N“ bedeutet hier nicht die Avogadrozahl, sondern die Anzahl Moleküle (= „N“) im Volumen V.

N=n*Na diese Formel haben wir auch aufgeschrieben.

Na wäre die Avogadrozahl und n wäre die Molzahl. Wann bitte

Hier ist „Na“ tatsächlich die Avogadrozahl.

muss ich das verwenden? Wenn die Molzahl gegeben ist?

Wann wirst du das wohl verwenden müssen wenn die Molzahl n gegeben ist? Möchtest du „N“ für deine obige Zustandsgleichung nicht wissen?

Danke im voraus!

Bitte im Nachhinein

Gruß

#4

Ich danke euch!

Aber ich hab hier noch eine Frage bitte :smile::

Dichte ist Masse pro Volumen:

\rho = \frac{N}{V}\cdot m_H

Das heißt also das m_H nur die Masse eines Wasserstoffsatom ist? Naja und N dann die Teilchenzahl und wenn man das multipliziert dann hat man die gesamte Masse.

N=Na*n; n ist ja bei mir 1, da ja nichts dabeisteht korrekt? Kann mir wer ein Bsp nehmen wo n>1 ist?

edit: hier noch ein doofes Bsp, ich bin hier 100%ig sicher das es so gehn, muss aber Lösung ist anders…

Bsp: Eine in ein festes Gefäß eingschlosssene Gasmenge hat bei 17°C einen Druck von 1bar. Auf welche T
Emperatur muss sie erhitzt werden, damit der Druck auf 5bar steigt?

Diese Gleichung wäre zu verwenden:

\frac{p1*V1}{T1} = \frac{p2*V2}{T2}

p1=1bar
p2=5bar
T1=17°C
T2=?

Einfach auf T2 umformen, das Volumen kürzt sich ja weg.

T2 ist bei mir 85°C, aber wir haben in Schule aufgeschrieben das 1177°C rauskämen. Ich habe in bar und in °C gerechnet.

#5

Das wird jetzt immer mehr zum Nachilfeunterricht.

Hast du nicht gelesen: „Dieses Brett dient nicht der Hausaufgabenerledigung“?
Ich wundere mich sowieso, daß die Moderatoren deine Hausaufgabenanfragen nicht längst gelöscht haben.

Uwi hat dir mit:
„Und beachte, dass man hier natürlich nicht mit °C rechnet!“
bereits sehr geholfen.

N=Na*n; n ist ja bei mir 1, da ja nichts dabeisteht korrekt?

Überlege dir die Dimension von „Na“.
Was bezeichnet man denn mit „n“?
Wie schwirrt z.B. Wasserstoff als Gas in einem Behälter herum?

#6

MOD + offtopic

Hast du nicht gelesen: „Dieses Brett dient nicht der Hausaufgabenerledigung“?

Hallo,

die meisten Fragen des Threadopeners betreffen konkrete Teilprobleme und er zeigt, dass er sich schon selbst Gedanken um mögliche Antworten gemacht hat. Dies spricht dafür, dass er seine Hausaufgaben gerade selbst erledigen möchte. Deshalb ist seine Anfrage in Ordnung.

Etwas anderes ist es, wenn Artikel eingestellt werden, die im wesentlichen nur aus Aufgabentext bestehen. Solche Anfragen sind ausdrücklich unerwünscht.

Mit freundlichem Gruß
Martin
Moderator im Brett Physik

#7

Hallo lieber Moderator,

„Uwi“ und ich haben auf zwei Anfragen von „MrAnonym“ (vom 04. und vom 05. März) - die insgesamt wenigstens fünf Fragen enthielten - fachlich und sachlich geantwortet.

Zu: „off topic“ siehe etwa FAQ:1783.
Meine beiden Antworten orientierten sich laut Forderung von FAQ:1783 an der Ursprungsfrage: „Übungsbsp zur Wärmelehre/thermodynamik“ und gaben „MrAnonym“ objektive Hilfen, wofür sich der User auch bedankte.

Warum hilfst du dem „Threadopener“, wie andere Moderatoren es auch tun, nicht ebenfalls und das sogar ganz „on topic“?

Gruß

watergolf

#8

Hallo watergolf,

„Uwi“ und ich haben auf zwei Anfragen von „MrAnonym“ (vom 04.
und vom 05. März) - die insgesamt wenigstens fünf Fragen
enthielten - fachlich und sachlich geantwortet.

warum bitte erzählst Du mir das? Hat das irgendeine Relevanz?

Zu: „off topic“ siehe etwa FAQ:1783.

Ich kenne die FAQs. Mir scheint, Du hast das „offtopic“ in der Titelzeile meines Artikels irgendwie als Mitteilung an Dich aufgefasst. Falls dem so ist, hast Du es falsch verstanden: Das „offtopic“ sollte nur meinen eigenen Artikel als „offtopic“ kennzeichnen.

Hast Du Dich durch meinen Artikel vielleicht irgendwie angegriffen gefühlt? Dann hast Du meine Absicht verkannt. Ich wollte in keiner Weise irgendeine Kritik an Dir üben, sondern Dir einfach nur sachlich den Grund dafür erklären, warum das Posting des Fragestellers nicht von der Brettmoderation gelöscht wird, damit Du Dich nicht weiter zu wundern brauchst.

Besten Gruß und ein schönes WE
Martin
Moderator im Brett Physik