Thermodynamik 12 2 Flashcards
(120 cards)
1
Q
Druck Formel
A
p=F/A
Kraft in N durch Fläche in m^2
2
Q
Was passiert beim Stempeldruck wenn der Druck konstant bleibt sich aber die Fläche vergrößert?
A
Die benötigte Kraft vergrößert sich
F=p x A
3
Q
Hydraulische Geräte Kraftwandler Aufbau
A
Zwei Stempel mit unterschiedlicher Fläche
4
Q
Wie verändert sich der Druck bei größerer Fläche?
A
er wird geringer
5
Q
Was passiert wenn man einen stumpfen und einen spitzen Stift durch ein Papier sticht
A
Bei dem spitzen Stift muss weniger Kraft aufgebracht werden für den gleichen Druck zu erzeugen
6
Q
Druck Definition
A
Als Druck p definiert man den Quotienten aus der senkrecht auf eine Fläche wirkenden kraft F auf den Flächeninhalt A
7
Q
Wie viel Pa sind 1000 hPa
A
1*10^5 Pa
8
Q
Wie viel hPa sind 1 bar?
A
1000hPa
9
Q
Was ist das pascalsche Prinzip?
A
Druck breitet sich in ruhenden Flüssigkeiten und Gasen allseitig aus und wirkt im Volumen in alle Richtungen aber immer senkrecht auf Wände
10
Q
Wie kann man Druck in Fluiden verändern?
A
Je mehr Teilchen und je höher die Temperatur (stärkere Teilchenbewegung) desto größer ist der Druck
11
Q
Beschreibe den Druck in Hinblick auf die Kräfte, die die Teilchen auf die Fläche der Gefäßwand ausüben
A
Die Zusammenstöße der Teilchen mit der Gefäßwand sind elastische Stöße und verursachen den Gasdruck
12
Q
Was ist bei thermodynamischen Berechnungen wichtig bzgl. der Temperatur?
A
Immer Kelvin verwenden!
13
Q
Beschreibe die Temperaturveränderung hinsichtlich der kinetischen Energie aller Teilchen des Systems in der Simulation
A
Die mittlere Geschwindigkeit und damit die mittlere kinetische Energie der Teilchen eines Systems ist ein
Maß für die Temperatur des Systems. Je höher die Temperatur des Gases, desto schneller bewegen sich die Teilchen im mittel
14
Q
Volumen in thermodynamischen Systemen
A
In thermodynamischen Systemen sind Gasfüllungen enthalten
V=A x h in m^3
15
Q
Welche vier Arten von thermodynamischen Systemen gibt es?
A
-Abgeschlossenes System (weder Materie noch Energieaustausch) Thermosflasche
-Offenes System (Energie und Materieaustausch) Ottomotor
-Geschlossenes System ((Energieaustausch aber keine Materie) Tasse mit heissen Kaffee
-Adibiatisches System (kein Wärmeaustausch mit Umgebung) sehr schnelles System
16
Q
Wann befindet sich ein System im energetischen Gleichgewicht?
A
Wenn sich seine Zustandsgrößen Volumen, Druck und Temperatur zeitlich nicht ändern und räumlich verschieden sind
17
Q
Wie kann man die Zusammenhänge der Zustandsgrößen in einem System untersuchen?
A
wenn eine Größe konstant gehalten wird und die anderen beiden verändert werden
18
Q
Was ist die innere Energie eines Körpers?
A
Die Summe der kinetischen Energie aller Teilchen und der potentiellen Energie aller Teilchen eines Körpers
19
Q
Zustandsänderung in einer Gasmenge bei konstanter Temperaturen
A
isotherm
20
Q
bei einem Druck von 100kpa nimmt das Gas eine Menge von 100l an -> welcher Druck ist nötig um diese Gasmenge (temp. konstant) auf 10l zu verdichten?
A
p1V1=p2V2
p2=p1*V1/V2
21
Q
isothermes System druck und volumen
A
umgekehrt proportional zueinander (fallende Kurve)
22
Q
System mit konstanten Volumen name
A
Isochor
23
Q
isochores System Druck und Temperatur
A
direkt proportional zueinander (Gerade)
24
Q
Du öffnest eine Kühlschranktür lange bei Raumtemperatur von 20 grad nach einer Zeit hat das Gerät wieder eine Temperatur von 5 Grad
Wie viel Kraft bräuchtest du um die Tür zu öffnen wenn der Kühlschrank absolut dicht wäre? Maße der Tür sind 50x80 cm
A
p1/T1 = p2/T2
p=F/A F= Delta p*A
**p2= p1 x T2/T1
Fp=(p1-p2) x A**
(wenn einseitiger Hebel dann F=0.5*F!)
25
System mit konstanten Druck Name
isobar
26
Im **Isobaren** System **Volumen und Temperatur**
**direkt Proportional -> Gerade**
27
Zwei Geraden von **verschiedenen Druck in Isobaren Systemen**
**schneiden sich bei 0 Kelvin** -> **nicht die Volumenverkleinerung sondern der Energieverlust**
28
Ein Heissluftballon steigt auf, weil die heiße Luft in seinem Innern eine geringere Dichte besitzt als die kältere Luft, die den Ballon umgibt. **Berechne das Volumen**, auf das sich 1L Luft (Volumen bei 20 Grad) ausdehnt, wenn das Gas auf 40 Grad erwärmt wird (**konstanter Druck**)
**V1/T1 = V2/T2**
V2= V1*T2/T1
29
Formel **Änderung** innere Energie **Isobaren** System
delta U = Q - p * delta V
*Bär hat ganz viel innere Energie -> lange Formel*
30
Änderung innere Energie **Isobaren** System **entspricht**:
entspricht der **zugeführten Wärme**
31
Formel **Änderung** innere Energie **Isochores** System
delta U =Q
32
Änderung innere Energie adibiatisches System **unterschied** isotherm
die Kurve verläuft **bei abnehmendem Volumen steiler**
33
isothermes System innere Energie
es gibt **keine Änderung der inneren Energie weil die Temperatur konstant ist**
34
erster Hauptsatz der Thermodynamik
die **Änderung der inneren Energie** ist gleich der **Summe von Arbeit und zugeführter Wärme**
35
Arbeit Definition
Kraft mal Weg F*delta s
36
Was folgt aus den **1.Hauptsatz der Thermodynamik** bzgl. **Kreisprozessen**?
Durch **Zufuhr von Wärme** kann man erreichen, dass ein thermodynamisches System **seine innere Energien ändert oder mechanische Arbeit verrichtet**
37
Was sind Wärmekraftmaschinen?
Maschinen, die **bei Wärmezufuhr mechanische Arbeit verrichten**
38
Beispiele Wärmekraftmaschinen
Dampfmaschinen
Dampfturbinen in Kraftwerken
39
Was muss passieren damit in **Wärmekraftmaschinen kontinuierlich Wärme in mechanische Arbeit** umgewandelt wird?
**Periodische Vorgänge** müssen so ablaufen, dass
-**immer wieder der Ausgangszustand** hergestellt wird
-**mechanische Arbeit** muss **abgegeben** wird
**->** das kann **durch Kreisprozesse** passieren
40
Definition Kreisprozesse
**Abfolge von Zustandsänderungen** bei der **wieder** der **Ausgangszustand** (gekennzeichnet durch die **Zustandsgrößen** V,p und T) **erreicht** wird
41
Was gilt **nach einem vollständigen Kreisprozess**?
die **Änderung** von T,V,p und U sind **null**
42
Wo laufen Kreisprozesse ab?
in allen Wärmekraftmaschinen
43
was ist der **carnotische Kreisprozess**?
Ein **idealer Kreisprozess** der unter allen möglichen dieser Prozesse **den größten Wirkungsgrad** hat
setzt sich aus **vier Zustandsänderungen** zusammen
44
Carnotischer Kreisprozess **1. Zustandsänderung**
**Isotherme Expansion**
Ein Zylinder mit beweglichem Kolben wird **mit einer Wärmequelle verbunden**. **Q1 wird auf das Gas übertragen**. Es **dehnt sich bei der Temperatur 1 aus und verrichtet die Arbeit W1**
45
Carnotischer Kreisprozess **2. Zustandsänderung**
**Adibiatische Expansion**
Das **Gas im Zylinder dehnt sich adibitisch aus**.
Seine **Temperatur verringert sich** auf T2, es wird die **Arbeit W2 verrichtet**
46
Carnotischer Kreisprozess **3. Zustandsänderung**
**Isotherme Kompression**
Am Gas wird die **Arbeit W3 verrichtet**.
Bei der Temperatur T2 wird die **entstehende Wärme Q3 an die Umgebung** abgegeben
47
Carnotischer Kreisprozess **4. Zustandsänderung**
**Adibiatische Kompression**
**Am Gas wird die Arbeit W4 verrichtet**. Die **Temperatur erhöht sich** auf den Anfangswert T1 -> Damit ist der **Ausgangszustand wieder erreicht**
48
**Kreisprozess** p-V-Diagramm **Fläche unter ABC**
entspricht der **bei der Expansion verrichteten Arbeit**
49
Kreisprozess p-V-Diagramm Fläche unter CDA
entspricht der **bei Kompression zugeführten Arbeit**
50
Kreisprozess p-V-Diagramm Differenz beider Flächen
die nach außen abgegebene Arbeit W
51
**Wie viel der zugeführten Wärme** im Kreisprozess **wird in Arbeit umgewandelt**?
nur ein Teil
52
Was ist ein thermodynamisches System?
Ein thermodynamisches System **befindet sich in einem bestimmten Zustand** z.B. heiß,kalt,hoher, niedriger Druck, **was durch sog. Zustandsgrößen** wie Temperatur T, Druck p und Volumen V **beschrieben wird**
53
Wie heißt die sog. **Zustandsgleichung für ideale Gase**?
Gasgesetze:
**Gay Lussac** (**p** konstant) *gay mag penis*
**Amontos** (**V** konstant) *A bissi wie V*
**Boyle** (**T** konstant) *boiling tea*
lassen sich mathematisch zu einer Formel der sog. Zustandsgleichung für ideale Gase vereinigen
**p x V=m x Ri x T**
Ri ist die spezifische Gaskonstante welche vom Gas abhängig ist
54
Welche Zustandsänderungen kennst du? (Diagramm)
- **Isobare** Zustandsänderung -> **Gerade** *DER DRUCK STEIGT*
-**Isochore** Zustandsänderung -> **flachere gerade** *Chor sind viele, Stimmen gehen unter -> flach*
-**isotherme** Zustandsänderung -> **fallende Kurve** *wenn ich friere verliere ich was*
55
Was ist der **unterschied** zwischen einer **Wärmekraftmaschine und einer Wärmepumpe/Kältemaschine**?
Bei einer **Wärmekraftmaschine** wird **Wärmeenergie in mechanische Arbeit umgewandelt** (**rechts**läufiger Kreisprozess). Bei einer **Wärmepumpe** wird **mechanische Arbeit in Wärmeenergie umgewandelt** (**links**läufiger Kreisprozess)
Wenn ich pumpe verrichte ich arbeit und mir wird warm
56
Notiere die allgemeine Gasgleichung und nenne für jede enthaltene physikalische Größe den Fachbegriff und die typischen Einheiten
p*V = m*Ri*T
p:Druck in **Pa =N/m2**
V:Volumen in **m3=1 x 10^3 l**
m: Masse **in kg**
T: **Temperatur in K**
**Ri**:spezifische Gaskonstante in **J/(kg x K)**
57
p Einheit
Druck in Pa=N/m2
58
V Einheit
Volumen in m3=1*10^3 Liter
59
m Einheit Gasgleichung
kg
60
T Einheit gasgleichung
Kelvin
61
Ri Einheit
J/(kg*K)
62
1->2 isotherme Expansion
- **Vergrößerung des Volumen** mit **Wärmezufuhr**
-es wird **Arbeit verrichtet, dabei verringert sich der Druck bei konstanter Temperatur**
63
2->3 adibiatische Expansion
-**Wärmezufuhr gestoppt**, das **Gas dehnt sich weiterhin aus** und **kühlt sich dabei auf Temperatur Tmin ab**
-Im **Zustand 3 geringster Druck und größtes Volumen**
-**Arbeit wird dabei verrichtet** ->**innere Energie des Gases wird verringert** (Umkehrpunkt Kolben)
64
3->4 isotherme Kompression
**konstante Temperatur -> Volumen wird verringert**
**Druck erhöht sich -> Arbeit wird aufgewendet**
**Dabei entstehende Wärme** wird an einen kalten äußeren Wärmespeicher **(Umgebung) abgeführt**
65
4->1 adbiatische Kompression
Im **Punkt vier ist die Wärme abgegeben**, **gas wird aber weiter komprimiert** bis das Ausgangsvolumen erreicht wird
dabei **steigt druck und Temperatur**
**Arbeit wird aufgewendet, innere Energie des Gases erhöht sich**
Kolben **wendet** sich
66
Was passiert bei einer adibiatischen Zustandsänderung?
eine **Änderung der inneren Energie des Gases**, die zu einer **Erniedrigung/Erhöhung der Temperatur** führt
67
Wärmestrahlung (im Gewächshaus)
Es wird Energie durch **elektromagnetischen Wellen** übertragen
(**Sonnenenergie** geht **durch das Glas und erwärmt die Luft**)
68
Wärmeströmung (im Gewächshaus)
Es wird Energie **mit einem Stoff transportiert**
(**Warme Luft wird durch Zirkulation auf die Erde und die Pflanzen übertragen**)
69
Wärmeleitung (im Gewächshaus)
Es wird Energie **durch einen Stoff hindurch** übertragen
**Oberfläche der Erde nimmt die Wärme aus der Luft auf und transportiert sie weiter in tiefere Erdschichten**
70
**Warum** hat der Zylinder eines Motorrades **Kühlrippen und welcher Wärmetransport** findet statt
Die **große Oberfläche** der Kühlrippen **verbessert den Abtransport von Energie durch Wärmestrahlung** und durch **Wärmeleitung an die umgebene Luft**
Der **Abtransport der erwärmten Luft** erfolgt durch **Wärmemitführung**
71
Was ist der **Unterschied** zwischen **Wärmeübergang und Wärmedurchgang**
**Wärmeübergang**: Wärme **von Gas/Flüssigkeit geht auf etwas festes über(Wand) oder umgekehrt**
**Wärmedurchgang**: Wärme **geht von einem Gas/Flüssigkeit durch eine feste Wand und wieder auf Gas/Flüssigkeit**
72
Isoliertasse vs normale Graph
Isoliertassen Graph: **flacherer Abfall. gleiche Endtemperatur**
73
Der Druck erhöht sich **in einem Autoreifen** bei einer sonnigen Strecke, welches **thermodynamische System** liegt vor und **welche Zustandsänderung**?
**Geschlossenes System**
**Isochor**: **Volumen bleibt gleich Gesetz von Amontos= p/T=konstant**
74
Zeige auf wie sich eine **Drückänderung berechnen** lassen würde
**p1/T1=p2/T2**
p2=p1*T1/T2
75
20g eines Gases nehmen 47 Grad ein Volumen von 8,2*10^-3 m^3 Liter ein. Der Druck liegt bei 202kPa
Wie kann das Gas bestimmt werden?
p*V = m* Rs*T
**umstellen nach Rs**
**Rs=p x V/m x T**
Konstante aus Tabelle herauslesen
76
Was passiert bei diesem Versuch?
Die Wachskügelchen schmelzen wenn die Temperatur des Stabes eine gewisse Temperatur erreicht
Da Kupfer die Wärme besser leitet als Messing, fallen die Wachskügelchen am Kupferstab zuerst ab
77
Welche **Wärmetransporte** finden bei der **Isolierung von Eisbärenfell** statt? (flauschig, schwarze Haut)
**Pelz** wirkt als **Wärmeisolator** vor allem durch die **schlecht Wärmeleitenden "Luftpolster"** zwischen den Haaren
**Luftpolster werden durch den Körper erwärmt** und ist durch die **Haare geschützt, durch Konvektion/Wind vom Körper weggetragen zu werden**
78
Weshalb haben Eisbären schwarze Haut?
Die **schwarze Haut kann die Wärmestrahlung gut aufnehmen/absorbieren** die **durch die Sonne und die Reflexion an den weißen Haaren auf die Haut treffen**
Dunkle Materialien absorbieren die Wärmestrahlung stärker als Helle
79
Ein Mauerwerk soll aus einer Betonschicht und einer Dämmplatte aufgebaut werden
Wie funktioniert die **Wärmeleitung hier anhand des Teilchenmodells**?
Bei der Wärmeleitung wird die **Zitterbewegung der Teilchen ohne Stofftransport durch ein Material (Beton und Dämpfplatte) hindurch weitergegeben**, d.h. die **Schwingungen der Teilchen werden an die benachbarten Teilchen übertragen**, wobei diese dabei **auf ihrem Platz bleiben**.
Bei der **Wärmeleitung bewegt sich also nur die Wärme** durch den Körper
80
Was ist die **Bedeutung des Kennwerts für die Wärmedämmung**? Gehen Sie dabei auf die **unterschiedlichen Wärmeübertragungen** ein.
**Wärmedämmwert** = **Maß für den Wärmedurchgang** von einem Fluid, **durch einen festen Körper in ein zweites Fluid** **aufgrund Temperaturunterschied** zwischen den Fluten
Wärmeübertragung **besteht hier aus zwei Wärmeübertragungen** (zwischen Fluid und Festkörper) und **zwei Wärmeleitungen in den zwei verschiedenen Festkörpermaterialien**
**Wärmeübertragungen** zwischen Fluid und Festkörper **hängt von Medium, seiner Bewegung und der Oberfläche des festen Körpers ab**
81
82
Wie berechnet man die Abkühlungskonstante?
83
Zeitpunkt bei gegebener Motorwärme
84
Diagramm newtonisches Abkühlungsgesetz
85
86
Woran merkt man dass es sich bei diesem Kreisprozess um eine **Wärmemaschine** handelt?
Da der Kreisprozess **rechtsläufig ist (im Uhrzeigersinn)**
Und **W die Fläche ist die in der kurve eingeschlossen wird**
87
Geben sie bei folgenden Teilschritten jeweils an welches Vorzeichen die Größen Arbeit W, Wärme Q und Änderung der inneren Energie delta U besitzen (rechtsläufiger Kreisprozess)
88
Vervollständige diese Tabelle mit Berechnungen (rechtsläufig)
89
Rechtsläufiger Kreisprozess **verrichtete Arbeit Rechnung**
**Qzu-Qab = W <0**
**System verrichtet Arbeit**
90
**Linksläufiger Kreisprozess verrichtete Arbeit Rechnung**
Qzu-Qab = W > 0
Arbeit wird am System verrichtet
91
Rechtsläufiger Kreisprozess Bild
92
Linksläufiger Kreisprozess
93
Welcher davon ist der Kühlschrank unten?
Links weil Außenraum Gleich ist
94
Welcher ist der 4 Takt ottomotor Kreisprozess?
Ganz rechts! Davor Stirling der davor carnot
95
Was passiert in **Kreisprozessen** wenn sich das **Volumen vergrößert/verringert**?
**Arbeit wird vom System verrichtet** wenn es sich **vergrößert**
Wenn es sich **verkleinert wird am System Arbeit verrichtet**
96
Arbeit eines Kreisprozesses berechnen
Wab=W(1->2) +W(3->4)=(-poben + punten)*(V2-V1)
97
**Isotherme Expansion** im **Zylinder**
98
**adibiatische Expansion** im **Zylinder**
99
**isotherm Kompression** im **Zylinder**
100
**Adibiatische Kompression** im **zylinder**
101
Was sind **Vor und Nachteile des stirlingschen Kreisprozesses**?
Vorteile: **einfacher Aufbau**, **hoher Wirkungsgrad**
Nachteile: **geringe Leistung**
102
Wo werden stirlingsche Kreisprozesse verwendet?
In speziellen Bereichen z.B. in **Kombination mit Solaranlagen**
103
Was ist der **Wirkungsgrad** einer Wärmemaschine? **Formel**?
**Wie viel der zugeführten Arbeit als mechanische Arbeit genutzt werden kann**
**n=W/Q**
104
Wovon ist der **thermische Wirkungsgrad abhängig**
Von den **Temperaturen 1 und 2**
105
**thermische Wirkungsgrad Formel**
**n=1-T1/T2**
oder
**n=1-Qab/Qzu**
106
Wann ist der **Wirkungsgrad besonders hoch**?
**T1 sehr hoch, T2 sehr niedrig**
107
**Wärmekraftmaschine allgemeine Funktion**
soll **mechanische Arbeit verrichten**, **nimmt bei hoher Temperatur Wärme auf, verrichtet mechanische Arbeit und gibt bei tiefer Temperatur Wärme ab**
108
**Wärmepumpen allgemeine Funktion**
Umgekehrte Wärmekraftmaschine -> **nehmen bei tiefer Temperatur Wärme auf, mechanische Arbeit fließt ihnen zu und geben bei hoher Temperatur Wärme ab**
109
**Energiefluss bei Wärmekraftmaschine**, die Arbeit verrichten soll
110
**Energiefluss bei Wärmepumpe** bei der Arbeit zugeführt wird
111
Wie kann **Wärmetransport stattfinden**?
Die Übertragung von **Energie in Form von Wärme** kann durch **Wärmeleitung, Konvektion (Wärmeströmung) oder Wärmestrahlung** erfolgen. Meistens treten **zwei oder drei** Arten der Wärmeübertragung **gleichzeitig** auf
112
Wie wird bei der **Wärmeleitung** Wärme übertragen?
Durch die **Zitterbewegung der Teilchen ohne Materieaustausch** wird Energie auf die benachbarten Teilchen übertragen, wobei diese **auf ihren Platz** bleiben.
**Es bewegt sich also nur Wärme durch den Körper**
113
Wo **triff Wärmeleitung auf**?
Meistens **in und zwischen Festkörpern**
114
Welche **Materialien eignen** sich gut oder schlecht zu **Wärmeleitung**?
Gut: Metalle
Schlechte: Flüssigkeiten und Gase
115
**Wie strömt** die Wärme bei **Wärmeleitung**?
Von hoher zu niedriger Temperatur
116
Wozu ist die **strömende Wärme proportional** bei der **Wärmeleitung**?
zu der **Temperaturdifferenz**, **Fläche A** der Wand, sowie zu der **Zeit t**
**umgekehrt proportional zu der Wanddicke d** -
117
Wärme bei **Wärmeleitung Formel**
118
Was ist die **Wärmeleitfähigkeit**?
gibt die **Wärmemenge** an, die durch eine Wand mit der **Dicke 1m und der Fläche 1m^2 bei einem Temperaturen 1K** zwischen den gegenüber liegenden **in 1sek von der wärmeren zur kälteren Seite fließt**
119
**Wie** wird Wärme per **Konvektion** transportiert?
Durch die **Bewegung von Materie** in **Fluiden** transportiert. **Wärme wandert mit Materie**
120
