10. Aufgabenblatt - Homepage Angewandte Physik, Uni Greifswald

Physik I
Übungsaufgaben, Blatt 10
(72) Ein Gas-Thermometer, das mit konstantem Volumen arbeitet, wird einerseits in Trockeneis
(Carbondioxid im festen Zustand mit einer Temperatur von -80.0°C) und andererseits in
kochendem Alkohol (78.0°C) kalibriert. Bei den jeweiligen Temperaturen ist der Druck im
Gas-Thermometer 0.900 atm bzw. 1.635 atm. Beim absoluten Nullpunkt ist das Gas im
Thermometer noch gasförmig, aber der Druck ist auf 0.000 atm abgefallen.
(a) Bei wieviel °C ist der absolute Nullpunkt
(b) Welcher Druck liegt am Gefrierpunkt von Wasser vor und
(c) welcher am Siedepunkt von Wasser
(73) Die aktive Komponente eines Lasers ist ein 30.0 cm massiver Glaszylinder (Durchmesser
1.50 cm). Wenn die Temperatur im Glasstab um 65.0°C ansteigt, wie ändert sich
(a) seine Länge,
(b) sein Durchmesser und
(c) sein Volumen (Nehmen Sie α=9×10 -6 (°C) -1 an!)
Überprüfen Sie, ob die Näherung β ≅3α angewandt werden kann!
(74) Die Masse eines Heißluftballons und seiner Ladung (ohne die Luft im Innern des Ballons) ist
200 kg. Die Außentemperatur ist 10°C, der Luftdruck 101kPa. Das Volumen des Ballons ist
400m 3 . Zu welcher Temperatur muß die Luft im Ballon geheizt werden, damit der Ballon
abhebt (Dichte von Luft bei 10°C ist 1.25kg/m 3 . Näherungsweise besteht trockene Luft aus
20% O 2
und 80% N 2
) Wie sicher ist der Ballon (Schmelztemperatur von reißfestem Nylon:
200°C) Wie würden Sie den Ballon verändern, damit er bei niedrigeren Temperaturen abhebt
(75) Zeigen Sie, daß der Druck P in einem Container, der mit einer Mischung aus N verschiedenen
Gasen gefüllt ist, P=P 1
+P 2
+...+P N
beträgt, wobei P 1
, P 2
, ..., die Drücke sind, die jedes Gas
ausüben würde, wenn es allein den Container füllen würde (dieser individuelle Druck eines
einzelnen Gases wird Partialdruck genannt). Dieser Zusammenhang wird Dalton’sches Gesetz
genannt.
(76) Ein 1.5 kg schweres Hufeisen (600°C) wird in der Schmiede in einen Wassereimer (20 kg
Wasser, T=20°C) geworfen. Was ist die Endtemperatur des Hufeisens (Vernachlässigen Sie
die Wärmekapazität des Eimers, und den Wasserverlust durch Verdampfen. Wärmekapazität
Wasser c W
=4186 J/(kg⋅K), Wärmekapazität Eisen c Fe
=448 J/(kg⋅K)).

(77) Eine Eisenkugel (3.00g, 30°C warm) wird mit einer Geschwindigkeit von 240m/s in einen
großen Eisblock (0°C) geschossen, in dem sie stecken bleibt. Wieviel Eis schmilzt (in g)
(Schmelzwärme Eis 3.33×10 3 J/kg)
(78) Ein ideales Gas befindet sich in einem Zylinder, oben ist ein beweglicher Kolben. Der Kolben
hat eine Masse von 8000g und eine Querschnittsfläche von 5.00cm 2 . Der Kolben kann sich
frei nach oben und unten bewegen, so daß der Druck im Zylinder konstant belibt.
(a) Wieviel Arbeit wird geleistet, wenn die Temperatur des Gases (0.200 mol) von 20°C
auf 300°C erhöht wird
(b) Wieviele Wärme wurde zugeführt, und
(c) wie änderte sich die innere Energie des Gases
(79) 2.00 mol eines Gases (Helium) wird isotherm von 0.400atm auf 1.20atm komprimiert
(T=300K). Wie groß ist
(a) das Endvolumen des Gases,
(b) die vom Gas verrichtete Arbeit, und
(c) die dem System zugefügte Wärmeenergie
(80) Ein ideales Gas wird gemäß dem Carnot-Prozess bewegt. Die isotherme Expansion geschieht
bei 250°C, und die isotherme Kompression bei 50°C. Während der isothermen Expansion
absorbiert das ideale Gas 1200 J vom heißen Reservoir. Bestimmen Sie,
(a) wieviel Wärmeenergie bei der niedrigen Temperatur abgegeben wird, und
(b) die während des Zyklus verrichtete Nettoarbeit.
(81) Direkt nach der Zündung in einem Automotor hat das Gas ein Volumen von 50.0cm 3 , und
einen Druck von 3.00×10 6 Pa. Der Kolben bewegt sich, und das Endvolumen des Gases ist
300 cm 3 , wobei die Expansion ohne Wärmeverlust bzw. Wärmegewinn geschieht. Berchenen
Sie;
(a) den Enddruck nach vollendung der Expansion für γ=1.40 und
(b) die verreichtete Arbeit des Gases, bei dieser Expansion.
Die Übung im kleinen Hörsaal findet bereits um 13°° am Freitag statt!