Thermodynamik
Diese Kartei enthält Fragen zum Thema Thermodynamik
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Welche Rückschlüsse kann man aus der Tatsache ziehen, dass feste und flüssige Stoffe im Gegensatz zu Gasen praktisch inkompressibel sind?
inompressibel = nicht zusammendrückbar
Teilchenabstände sind bei fest und flüssig ähnlich, viel kleiner als bei gasförmigem Zustand.
Fest = form- & volumenstabil
flüssig = volumenstabil
Was sind Kohäsionskräfte und wo treten sie auf?
schwache intermolekulare Kraft, die vorwiegend in Flüssigkeiten auftritt und das Gleiten der Moleküle bei gleichzeitigem Halten untereinander bewirkt.
Was sind Adhäsionskräfte?
Welchen Einfluss haben diese Kräfte auf die Form der Flüssigkeitsoberfläche an der Gefäßwand in Zusammenhang mit den Kräften innerhalb der Flüssigkeit?
Adhäsionskräfte sind Kräfte zwischen der Flüssigkeit und der Gefäßwand.
Sind die Adhäsionskräfte der Flüssigkeit zur Gefäßwand größer als die Kohäsionskräfte, wird die Festkörperoberfläche benetzt -> Flüssigkeit steigt an der Wand.
Sind die Adhäsionskräfte der Flüssikgkeit zur Gefäßwand kleiner als die Kohäsionskräfte wird die Festkörperoberfläche nicht benetzt -> Flüssigkeitsstand an Gefäßwand tiefer als der Rest.
Was passiert beim Zugeben von Spülmitteln zu Flüssigkeiten?
Grenzflächenaktive Stoffe setzen die Oberflächenspannung herab, um andere Stoffe benetzen zu können.
Was passiert beim Imprägnieren?
Beim Imprägnieren wird eine nicht benetzbare Schicht erzeugt, damit Wasser abperlt.
Worin unterscheiden sich Kolbendruck und Schweredruck in Flüssigkeiten und Gasen?
Beide Drücke wirken allseitig, wobei der Kolbendruck überall gleich ist, wärend der Schweredruck mit wachsender Tiefe zunimmt.
Kann durch evakuieren eines in eine Flüssigkeit eingetauchten Rohres die Flüssigkeit beliebig hoch steigen?
Nein, sie kann nur entsprechend dem äußeren normalen Luftdruck steigen.
z.B.: für H2O 10,33 m; für Hg 760 mm
Welchen Druck zeigt ein offenes U-Rohr-Manometer im Gegensatz zu einem geschlossenen an?
Ein offenes U-Rohr-Manometer zeigt immer den Differenzdruck (Über- oder Unterdruck) zum Umgebungsdruck an.
Geschlossene U-Rohr-Manometer zeigen den absoluten Druck an, da sie immer die Druckdifferenz zu einem abgeschlossenen, vom Umgebungsdruck unabhängigen Volumen anzeigen.
Was ist die Ursache für die Auftriebskraft?
Die Ursache für die Auftriebskraft ist der mit der Tiefe zunehmende Schweredruck.
Wie lautet das Archimedische Prinzip?
Die Auftriebskraft auf einen Körper in einer Flüssigkeit ist dem Betrag nach gleich der Gewichtskraft der vom Körper verdrängten Flüssigkeit. Sie ist der Gewichtskraft des Körpers entgegen gerichtet.
Erfahren Körper in Luft (allgemein Gasen) auch einen Auftrieb?
Wenn ja, warum bemerken wir ihn nicht?
Nach dem gleichen Prinzip wie in Flüssigkeiten existiert auch in Gasen durch den Schweredruck eine Auftriebskraft.
Da die Dichte der Luft allerdings ca. 800 mal kleiner als von Wasser ist, ist die Auftriebskraft entsprechend gering.
Wasserstoff, Helium oder Heißluft gefüllte Ballone mit nicht dehnbarer Hülle steigen bis zu einer bestimmten Höhe und "schweben" dort.
Warum geschieht dies und gibt es einen ähnlichen Effekt auch in Wasser?
Durch die Abnahme der Dichte mit der Höhe schwebt der Ballon in der Höhe, in der die Gewichtskraft der verdrängten Umgebungsluft seiner eigenen Gewichtskraft entspricht. Solange seine Gewichtskraft kleiner ist steigt er bis zu dieser Höhe.
Da im Wasser die Dichte durch die Inkopressibilität der Flüssigkeiten nahezu unverändert bleibt tritt dieser Effekt nicht auf.
Welche Annahmen werden für ideale Flüssigkeiten und Gase gemacht?
Ideale Flüssigkeiten und Gase sind inkompressibel und strömen reibungsfrei. Die Inkompressibilität trifft bei Gasen nur bis zu einer Strömungsgeschwindigkeit kleiner als 1/3 der Schallgeschwindigkeit zu.
Was sagt die Kontinuitätsgleichung für eine kontinuierliche Strömung aus?
Bei einer kontinuierlichen Strömung ist der Volumenstrom als Produkt von Strömungsquerschnitt und mittlerer Strömungsgeschwindigkeit konstant. Die Strömungsgeschwindigkeiten verhalten sich umgekehrt wie die Strömungsquerschnitte.
Womit ist der nicht messbare dynamische Druck bei strömenden Flüssigkeiten und Gasen zu erklären?
Die Abnahme des statischen Druckes zugunsten der kinetischen Energie des strömenden Mediums entspricht der Umwandlung potentieller in kinetische Energie und folgt damit dem Energieerhaltungssatz. Die Summe aus statischem und dynamischem Druck ist bei reibungsfreier Strömung konstant.
Umströmen reale Flüssigkeiten oder Gase einen Festkörper, muss Arbeit geleistet werden.
Worin unterscheidet sich die dabei auftretende "innere Reibung" von der Gleitreibung?
Gleitreibung ist eine Grenzflächenreibung zwischen zwei Festkörpern unterschiedlicher Geschwindigkeit, die von der Kombination der beiden Stoffe abhängt.
Die innere Reibung wird durch den Geschwindigkeitsgradienten innerhalb der Flüssigkeit / des Gases hervorgerufen und ist eine Stoffeigenschaft des umströmenden Mediums und heißt Zähigkeit (dynamische Viskosität).
Warum haben umströmende rauhe Körper eine höhere Reibungskraft?
Beim Umströmen der Rauhigkeit treten größere Geschwindigkeitsgefälle auf.
Worin unterscheidet sich laminare von turbulenter Strömung?
Bei laminarer Strömung gleiten benachbarte Schichten ohne Vermischung mit unterschiedlicher Geschwindigkeit aneinander vorbei. Es treten keine Wirbel auf.
Bei turbulenter Strömung bilden sich Wirbel, die sich vom Körper lösen und mit der Strömung weggeführt werden.
Das Andrehen der Wirbel entzieht der Strömung Energie, wodurch der Strömungswiderstand der turbulenten Strömung größer ist als der der laminaren Strömung.
Handelt es sich bei dem Strömungswiderstand eines PKW um eine laminare oder turbulente Strömung?
Welches Bestreben kann man an der Formgebung der PKW erkennen?
Turbulente Strömung, die versucht wird durch die Form immer mehr in eine laminare Strömung, deren Widerstand nicht dem Quadrat der Geschwindigkeit, sondern nur mit der Geschwindigkeit steigt, zu verändern.
In der Thermodynamik spricht man von offenen, geschlossenen und abgeschlossenen Systemen.
Beschreiben sie die jeweiligen Wechselwirkungen mit der Umgebung.
offene Systeme:
Energieaustausch und Stoffaustausch
geschlossene Systeme:
Energieaustausch und kein Stoffaustausch
abgeschlossene Systeme:
Kein Energie- und Stoffaustausch
Thermodynamische Systeme werden durch Zustandsgrößen beschrieben.
Wie heißen diese?
Volumen, Druck, Temperatur und innere Energie
Was versteht man in der Thermodynamik unter der Temperatur?
Die Temperatur ist ein Maß für den Mittelwert der kinetischen Energie der Teilchen, die sie infolge ihrer Wärmebewegung haben.
Wodurch ist die Celsius-Skala (Temperatur) festgelegt?
Fixpunkte:
Schmelzpunkt von Eis (0°C) und
Siedepunkt von Wasser (100°C)
Die thermodynamische Temperatur bezieht sich auf den absoluten Nullpunkt.
Wie ist dieser erklärbar und
wie lautet die Temperatureinheit?
Bei 0 K = -273,15°C besitzen alle Teilchen keine kinetische Energie mehr, da die Wärmebewegung zum Erliegen gekommen ist.
Die thermodynamische Temperatur wird in Kelvin gemessen.
Der 1te Hauptsatz der Thermodynamik ist ein Energieerhaltungssatz.
Wie lautet er?
Die Änderung der inneren Energie U eines geschlossenen thermodynamischen Systems ist gleich der Summe der dem System übertragenen Wärme Q und der am System verrichteten Arbeit W.
ΔU = Q+W
Zwischen Wärme und Temperatur wird oft nicht sauber unterschieden.
Was ist Wärme und was ist Temperatur?
Wärme ist die zwischen zwei Körpern unterschiedlicher Temperatur übertragene thermische Energie.
Die Temperatur ist ein Maß für die mittlere kinetische Energie der Teilchen eines Systems.
Führt man einem Stoff Wärme zu, so erhöht sich seine Temperatur.
Wie lautet der Proportionalitätsfaktor, und
handelt es sicht dabei um eine Stoffkonstante?
Die spezifische Wärmekapazität c ist eine Stoffkonstante und gibt an, wie viel Wärme erforderlich ist, um 1 kg eins Stoffes 1 K zu erwärmen.
Q = c·m·Δϑ (c nimmt mit steigender Temperatur zu)
Warum muss bei konstantem Druck mehr Wärme zur Temperaturerhöhung zugeführt werden als bei konstantem Volumen?
Da bei der Wärmezufuhr der Druck steigt verrichtet das Gas bei konstantem Druck Arbeit an der den Druck ausgleichenden Einrichtung. Diese Arbeit führt nach dem 1ten Hauptsatz der Thermodynamik nicht zu einer Erhöhung der inneren Energie.
Bei konstantem Volumen wird keine Arbeit verrichtet, so dass alle zugeführte Energie zur Vergrößerung der inneren Energie und damit zur Temperaturerhöhung führt.
Was versteht man unter Schmelzwärme?
Die spezifische Schmelzwärme q gibt an, wie viel Wärme notwendig ist, um 1 kg des Stoffes bei Schmelztemperatur vollständig zu schmelzen.
Qs = m·q
Was versteht man unter Verdampfungswärme?
Die spezifische Verdampfungswärme v gibt an, wie viel Wärme notwendig ist, um 1 kg des Stoffes bei Siedetemperatur vollständig zu verdampfen.
Qv = m·r
Wie wird Wärme zwischen zwei Körpern ausgetauscht?
Wärme geht von selbst nur vom Körper höherer Temperatur auf den Körper tieferer Temperatur über.
Die dabei abgegebene Wärme des Körpers höherer Temperatur ist gleich der aufgenommenen Wärme des Körpers tieferer Temperatur.
Im Wasser steigt der Schweredruck linear in der Tiefe.
Warum sinkt der Luftdruck nicht linear in der Höhe?
Bei Gasen (Luft) steigt die Dichte mit dem Druck (Kompressibilität) im Gegensatz zu Flüssigkeiten. Dadurch erhöht eine Luftsäule von z.B. 10 m den Schweredruck am Boden mehr als in 1000 m Höhe. Die Luft ist am Boden "schwerer".
Was versteht man unter dem Längenausdehnungskoeffizienten?
Längenausdehnungskoeffizient α die Stoffeigenschaft der relativen Längenänderung
α = Δl/l1 je K Temperaturänderung
