Aufgaben zurThermodynamik

Wissenschaft Physik
#1

Und zwar habe ich ein paar aufgaben bekommen und weiß nicht wie ich dort rangehen soll.

Aufgabe 4
a.) Betrachten Sie ein ideales Gas in einem Zylinder (mit einem Kolben). Suchen Sie eine (einzige!) Zustandsänderung von der man sagen kann, dass „Wärme in Arbeit umgesetzt“ wird. D.h., dem Gas soll Wärme (delta)Q zugeführt werden, wobei Arbeit (delta)W vom Gas geleistet wird.Beschreiben Sie diesen Prozess in Worten anhand einer beschrifteten Skizze, die alle notwendigen Komponenten und Änderungen von Großen enthält. Zeigen Sie, wodurch (delta)Q dem Gas zugefÜhrt wird und wo
(delata)W gewonnen wird. Verwenden Sie dabei alle passenden Begrie aus folgender Liste:
Isotherm, isochor, isobar, adiabatisch, Expansion, Kompression.
(Es ist keine Rechnung verlangt!)
b.) Bei einem idealen Gas soll das Volumen isotherm verdoppelt werden. Wie ändert sich dadurch der Druck des Gases?
c.) Nennen Sie ein Beispiel einer irreversiblen Zustandsänderung.

#2

Alle Fragen unter a und b können Sie aus den ersten Absätzen unter
https://docs.google.com/document/edit?id=17hi3eTDJjo…
ableiten. Bei einer adiabatischen Expansion bleibt die Entropie unverändert. durch eine anschließende Kompression können Sie Theoretisch wieder auf den Anfangszustand zurückkehren. In der Praxis ist das natürlich wegen unvermeidlicher Verluste sowohl bei der Expansion als auch bei der Kompression und der dadurch hervorgerufenen Entropievermehrung nicht möglich. Der Vorgang ist genau genommen bereits irreversibel. Jede Entropievermehrung führt zu einem irreversiblen Prozeß. Das Extrem der Entropievermehrung stellt die Drosselung dar. Dabei bleibt die Enthalpie konstant.
Sehr anschaulich kann man das in einem h-s-Diagramm für Wasserdampf darstellen, erklären und erkennen. Wählen Sie dazu einen Ausgandspunkt weit oben rechts. Die Bilder im Netz sind sehr klein und müssen vergrößert werden. Die beste mehrfarbige Art habe ich in den VDI-Wasserdampftafeln um 1960 herum gefunden.

#3

Vielen dank für die schnelle und umfangreiche antwort

#4

Hey!

also zu a):

Der Vorgang heißt „isobare Expansion“. Du kennst sicher die Beziehung p*V/T=const. und p1*V1/T1=p2*V2/T2. Angenommen das Das im Zylinder hat das Volumen V1 und die Temperatur T1 (in Kelvin). Dann führst du Wärme zu --> Die Temperatur steigt zu T2 und wenn man Gase erwärmt gibt es 2 Möglichkeiten. Entweder das Gas kann sich ausdehnen und der Kolben bewegt sich nach außen (p1=p2=const.) oder der Druck erhöht sich im Kolbeninnenraum (V1=V2=const.).
Wir wollen, dass der Druck gleich bleibt und sich der Kolben durch die Luftasdehnung bewegt. DEshalb „isobare Expansion“.

Einen Zylinder zeichen mit einem Pfeil von außen für die Wäremzufuhr. Einen Kolben „vorher und nachher“ mit entsprechenden Arbeitspfeil für die Kolben bewegung und fertig ist Aufgabe a) :smile:

b)sieh dir dazu die Gleichung, die ich weiter oben geschrieben habe an. Wir sind bei einer isothermen Zustandsänderung - also T1=T2. Da kürzen sich die Temperaturen aus der Gleichung oben raus.

Nun ist die gleichung wie folgt p1*V1=p2*V2. Jetzt soll V2=2*V1 sein --> der Rest ist sicher kein Problem.

c) irreversibel bedeutet, dass ein VOrgang stattfindet, der nicht „von selbst“ wieder rückgängig gemacht wird. Das ist zum Beispiel das abkühlen einer heißen Suppe.

Irreversibel sind vor allem Vorgänge mit Reibung oder allgemein geschlossene oder offene Systeme (im Vergleich zu ABgesschlossenen Systemen)

Aufgabe c) hab ich vielleicht etwas unsauber erklärt. Aber die anderen beiden sind akkurat, denke ich.

Wenns hilfreich war, kannst du mir das ja mit einem Stern kund tun :smile:

Viel Spaß noch

Sven

#5

Sorry, für Nachhilfe habe ich gerade keine Zeit. Hast Du schon mal Google bemüht? Auch bei Wikipedia sollte sich einiges finden lassen. Vielleicht hilft Dir das ja.

#6

Servus, Thermo ist zwar schon 4 Semester her, aber das kriegen wir schon hin.
a) Also zur 1. Aufgabe stellen wir mal unseren 1. HS -> System von Zustand 1 nach Zustand 2 auf. Mit den Zeichnungen wird bissle blöd… ich nehme an die Ekin und Epot wird vernachlässigt…
dw+dq = du mit du = cv*dT
Wenn wir dT = 0 werden lassen, verschwindet du. dT = T2-T1 = 0 => Isotherme Zustandsänderung. Jetzt gehen wir mal an die Arbeit W ran:
w = -p*dV => also schauen wir das dV ungleich 0 ist.
Also dV ungleich 0 => V1 ist nicht gleich V2
Wenn wir das nun einsetzen in dw und es nach dq auflösen, haben wir das gesuchte!
in einem p,v Diagramm würde das aussehen:
unten rechts ist dein punkt 1 und dann gehst du schief nach oben links in richtung y-Achse.
p,T-Diagramm würde es so aussehen:
du hast bei T1 deinen ersten Punkt und gehst senkrecht nach oben, wo du dein p2 hast.
Wärme ist glaubich bei Systemen im Diagramm das was links von der Funktion zu sehen ist und Arbeit ist glaub die Fläche unter deiner Zustandsänderung im p,v Dia. Bin mir aber nicht mehr so hundert prozentig sicher, da musst selber nochma nachschauen.
Isotherme ZÄ => dT=0
Isochore ZÄ => dV=0
Isobare ZÄ => dp=0
adiabatische ZÄ => dq=0
Expansion => V2 > V1
Kompression => V2 da gilt T1 = T2, können wir folgendes machen:
p1*V1 = R*T1 = R*T2
und p2*V2 = R*T2 = R*T1
also setzen wir das gleich:
p1*V1 = p2*V2
mit V2 = 2*V1
=> p1*V1 = p2*2*V1
kürzen von V1
p1 = 2*p1 oder 1/2*p1 = p2
Wir haben hier eine Expansion

c) Irreversible ZÄ sind alle realen Vorgänge, also muss gelten:

dS > 0
für dS gelten mehrere Beziehungen, nehmen wir aber mal die hier:
ds1,2 = cp*ln(T2/T1)-R*ln(p2/p1) > 0
nun kannst dir ausrechnen, wann etwas irreversibel ist, also mit:
cp*ln(T2/T1)-R*ln(p2/p1) > 0

#7

Hallo Rici_xD,

zur Klärung der Probleme empfehle ich von Wikipedia die Stichworte

Zustandsgleichung
Allgemeine Gasgleichung
Hauptsätze der Thermodynamik

zu studieren. Dort ist alles deutlich besser beschrieben, als ich das je könnte.

Gruß
Pat