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Physik Mos > Thermodynamik 12 2 > Flashcards

Thermodynamik 12 2 Flashcards

1
Q

Druck Formel

A

p=F/A

Kraft in N durch Fläche in m^2

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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

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3
Q

Hydraulische Geräte Kraftwandler Aufbau

A

Zwei Stempel mit unterschiedlicher Fläche

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4
Q

Wie verändert sich der Druck bei größerer Fläche?

A

er wird geringer

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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

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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

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7
Q

Wie viel Pa sind 1000 hPa

A

1*10^5 Pa

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8
Q

Wie viel hPa sind 1 bar?

A

1000hPa

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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

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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

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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

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12
Q

Was ist bei thermodynamischen Berechnungen wichtig bzgl. der Temperatur?

A

Immer Kelvin verwenden!

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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

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14
Q

Volumen in thermodynamischen Systemen

A

In thermodynamischen Systemen sind Gasfüllungen enthalten

V=A x h in m^3

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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

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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

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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

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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

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19
Q

Zustandsänderung in einer Gasmenge bei konstanter Temperaturen

A

isotherm

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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

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21
Q

isothermes System druck und volumen

A

umgekehrt proportional zueinander (fallende Kurve)

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22
Q

System mit konstanten Volumen name

A

Isochor

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23
Q

isochores System Druck und Temperatur

A

direkt proportional zueinander (Gerade)

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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!)

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25
Q

System mit konstanten Druck Name

A

isobar

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26
Q

Im Isobaren System Volumen und Temperatur

A

direkt Proportional -> Gerade

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27
Q

Zwei Geraden von verschiedenen Druck in Isobaren Systemen

A

schneiden sich bei 0 Kelvin -> nicht die Volumenverkleinerung sondern der Energieverlust

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28
Q

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)

A

V1/T1 = V2/T2

V2= V1*T2/T1

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29
Q

Formel Änderung innere Energie Isobaren System

A

delta U = Q - p * delta V

Bär hat ganz viel innere Energie -> lange Formel

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30
Q

Änderung innere Energie Isobaren System entspricht:

A

entspricht der zugeführten Wärme

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31
Q

Formel Änderung innere Energie Isochores System

A

delta U =Q

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32
Q

Änderung innere Energie adibiatisches System unterschied isotherm

A

die Kurve verläuft bei abnehmendem Volumen steiler

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33
Q

isothermes System innere Energie

A

es gibt keine Änderung der inneren Energie weil die Temperatur konstant ist

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34
Q

erster Hauptsatz der Thermodynamik

A

die Änderung der inneren Energie ist gleich der Summe von Arbeit und zugeführter Wärme

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35
Q

Arbeit Definition

A

Kraft mal Weg F*delta s

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36
Q

Was folgt aus den 1.Hauptsatz der Thermodynamik bzgl. Kreisprozessen?

A

Durch Zufuhr von Wärme kann man erreichen, dass ein thermodynamisches System seine innere Energien ändert oder mechanische Arbeit verrichtet

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37
Q

Was sind Wärmekraftmaschinen?

A

Maschinen, die bei Wärmezufuhr mechanische Arbeit verrichten

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38
Q

Beispiele Wärmekraftmaschinen

A

Dampfmaschinen

Dampfturbinen in Kraftwerken

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39
Q

Was muss passieren damit in Wärmekraftmaschinen kontinuierlich Wärme in mechanische Arbeit umgewandelt wird?

A

Periodische Vorgänge müssen so ablaufen, dass

-immer wieder der Ausgangszustand hergestellt wird

-mechanische Arbeit muss abgegeben wird

-> das kann durch Kreisprozesse passieren

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40
Q

Definition Kreisprozesse

A

Abfolge von Zustandsänderungen bei der wieder der Ausgangszustand (gekennzeichnet durch die Zustandsgrößen V,p und T) erreicht wird

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41
Q

Was gilt nach einem vollständigen Kreisprozess?

A

die Änderung von T,V,p und U sind null

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42
Q

Wo laufen Kreisprozesse ab?

A

in allen Wärmekraftmaschinen

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43
Q

was ist der carnotische Kreisprozess?

A

Ein idealer Kreisprozess der unter allen möglichen dieser Prozesse den größten Wirkungsgrad hat

setzt sich aus vier Zustandsänderungen zusammen

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44
Q

Carnotischer Kreisprozess 1. Zustandsänderung

A

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

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45
Q

Carnotischer Kreisprozess 2. Zustandsänderung

A

Adibiatische Expansion

Das Gas im Zylinder dehnt sich adibitisch aus.
Seine Temperatur verringert sich auf T2, es wird die Arbeit W2 verrichtet

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46
Q

Carnotischer Kreisprozess 3. Zustandsänderung

A

Isotherme Kompression

Am Gas wird die Arbeit W3 verrichtet.
Bei der Temperatur T2 wird die entstehende Wärme Q3 an die Umgebung abgegeben

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47
Q

Carnotischer Kreisprozess 4. Zustandsänderung

A

Adibiatische Kompression

Am Gas wird die Arbeit W4 verrichtet. Die Temperatur erhöht sich auf den Anfangswert T1 -> Damit ist der Ausgangszustand wieder erreicht

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48
Q

Kreisprozess p-V-Diagramm Fläche unter ABC

A

entspricht der bei der Expansion verrichteten Arbeit

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49
Q

Kreisprozess p-V-Diagramm Fläche unter CDA

A

entspricht der bei Kompression zugeführten Arbeit

50
Q

Kreisprozess p-V-Diagramm Differenz beider Flächen

A

die nach außen abgegebene Arbeit W

51
Q

Wie viel der zugeführten Wärme im Kreisprozess wird in Arbeit umgewandelt?

A

nur ein Teil

52
Q

Was ist ein thermodynamisches System?

A

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
Q

Wie heißt die sog. Zustandsgleichung für ideale Gase?

A

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
Q

Welche Zustandsänderungen kennst du? (Diagramm)

A
  • 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
Q

Was ist der unterschied zwischen einer Wärmekraftmaschine und einer Wärmepumpe/Kältemaschine?

A

Bei einer Wärmekraftmaschine wird Wärmeenergie in mechanische Arbeit umgewandelt (rechtsläufiger Kreisprozess). Bei einer Wärmepumpe wird mechanische Arbeit in Wärmeenergie umgewandelt (linksläufiger Kreisprozess)

Wenn ich pumpe verrichte ich arbeit und mir wird warm

56
Q

Notiere die allgemeine Gasgleichung und nenne für jede enthaltene physikalische Größe den Fachbegriff und die typischen Einheiten

A

pV = mRi*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
Q

p Einheit

A

Druck in Pa=N/m2

58
Q

V Einheit

A

Volumen in m3=1*10^3 Liter

59
Q

m Einheit Gasgleichung

A

kg

60
Q

T Einheit gasgleichung

A

Kelvin

61
Q

Ri Einheit

A

J/(kg*K)

62
Q

1->2 isotherme Expansion

A
  • Vergrößerung des Volumen mit Wärmezufuhr

-es wird Arbeit verrichtet, dabei verringert sich der Druck bei konstanter Temperatur

63
Q

2->3 adibiatische Expansion

A

-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
Q

3->4 isotherme Kompression

A

konstante Temperatur -> Volumen wird verringert

Druck erhöht sich -> Arbeit wird aufgewendet

Dabei entstehende Wärme wird an einen kalten äußeren Wärmespeicher (Umgebung) abgeführt

65
Q

4->1 adbiatische Kompression

A

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
Q

Was passiert bei einer adibiatischen Zustandsänderung?

A

eine Änderung der inneren Energie des Gases, die zu einer Erniedrigung/Erhöhung der Temperatur führt

67
Q

Wärmestrahlung (im Gewächshaus)

A

Es wird Energie durch elektromagnetischen Wellen übertragen

(Sonnenenergie geht durch das Glas und erwärmt die Luft)

68
Q

Wärmeströmung (im Gewächshaus)

A

Es wird Energie mit einem Stoff transportiert

(Warme Luft wird durch Zirkulation auf die Erde und die Pflanzen übertragen)

69
Q

Wärmeleitung (im Gewächshaus)

A

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
Q

Warum hat der Zylinder eines Motorrades Kühlrippen und welcher Wärmetransport findet statt

A

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
Q

Was ist der Unterschied zwischen Wärmeübergang und Wärmedurchgang

A

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
Q

Isoliertasse vs normale Graph

A

Isoliertassen Graph: flacherer Abfall. gleiche Endtemperatur

73
Q

Der Druck erhöht sich in einem Autoreifen bei einer sonnigen Strecke, welches thermodynamische System liegt vor und welche Zustandsänderung?

A

Geschlossenes System

Isochor: Volumen bleibt gleich Gesetz von Amontos= p/T=konstant

74
Q

Zeige auf wie sich eine Drückänderung berechnen lassen würde

A

p1/T1=p2/T2

p2=p1*T1/T2

75
Q

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?

A

pV = m Rs*T

umstellen nach Rs

Rs=p x V/m x T

Konstante aus Tabelle herauslesen

76
Q

Was passiert bei diesem Versuch?

A

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
Q

Welche Wärmetransporte finden bei der Isolierung von Eisbärenfell statt? (flauschig, schwarze Haut)

A

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
Q

Weshalb haben Eisbären schwarze Haut?

A

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
Q

Ein Mauerwerk soll aus einer Betonschicht und einer Dämmplatte aufgebaut werden

Wie funktioniert die Wärmeleitung hier anhand des Teilchenmodells?

A

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
Q

Was ist die Bedeutung des Kennwerts für die Wärmedämmung? Gehen Sie dabei auf die unterschiedlichen Wärmeübertragungen ein.

A

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
Q
A
82
Q

Wie berechnet man die Abkühlungskonstante?

A
83
Q

Zeitpunkt bei gegebener Motorwärme

A
84
Q

Diagramm newtonisches Abkühlungsgesetz

A
85
Q
A
86
Q

Woran merkt man dass es sich bei diesem Kreisprozess um eine Wärmemaschine handelt?

A

Da der Kreisprozess rechtsläufig ist (im Uhrzeigersinn)

Und W die Fläche ist die in der kurve eingeschlossen wird

87
Q

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)

A
88
Q

Vervollständige diese Tabelle mit Berechnungen (rechtsläufig)

A
89
Q

Rechtsläufiger Kreisprozess verrichtete Arbeit Rechnung

A

Qzu-Qab = W <0

System verrichtet Arbeit

90
Q

Linksläufiger Kreisprozess verrichtete Arbeit Rechnung

A

Qzu-Qab = W > 0

Arbeit wird am System verrichtet

91
Q

Rechtsläufiger Kreisprozess Bild

A
92
Q

Linksläufiger Kreisprozess

A
93
Q

Welcher davon ist der Kühlschrank unten?

A

Links weil Außenraum Gleich ist

94
Q

Welcher ist der 4 Takt ottomotor Kreisprozess?

A

Ganz rechts! Davor Stirling der davor carnot

95
Q

Was passiert in Kreisprozessen wenn sich das Volumen vergrößert/verringert?

A

Arbeit wird vom System verrichtet wenn es sich vergrößert

Wenn es sich verkleinert wird am System Arbeit verrichtet

96
Q

Arbeit eines Kreisprozesses berechnen

A

Wab=W(1->2) +W(3->4)=(-poben + punten)*(V2-V1)

97
Q

Isotherme Expansion im Zylinder

A
98
Q

adibiatische Expansion im Zylinder

A
99
Q

isotherm Kompression im Zylinder

A
100
Q

Adibiatische Kompression im zylinder

A
101
Q

Was sind Vor und Nachteile des stirlingschen Kreisprozesses?

A

Vorteile: einfacher Aufbau, hoher Wirkungsgrad

Nachteile: geringe Leistung

102
Q

Wo werden stirlingsche Kreisprozesse verwendet?

A

In speziellen Bereichen z.B. in Kombination mit Solaranlagen

103
Q

Was ist der Wirkungsgrad einer Wärmemaschine? Formel?

A

Wie viel der zugeführten Arbeit als mechanische Arbeit genutzt werden kann

n=W/Q

104
Q

Wovon ist der thermische Wirkungsgrad abhängig

A

Von den Temperaturen 1 und 2

105
Q

thermische Wirkungsgrad Formel

A

n=1-T1/T2
oder
n=1-Qab/Qzu

106
Q

Wann ist der Wirkungsgrad besonders hoch?

A

T1 sehr hoch, T2 sehr niedrig

107
Q

Wärmekraftmaschine allgemeine Funktion

A

soll mechanische Arbeit verrichten, nimmt bei hoher Temperatur Wärme auf, verrichtet mechanische Arbeit und gibt bei tiefer Temperatur Wärme ab

108
Q

Wärmepumpen allgemeine Funktion

A

Umgekehrte Wärmekraftmaschine -> nehmen bei tiefer Temperatur Wärme auf, mechanische Arbeit fließt ihnen zu und geben bei hoher Temperatur Wärme ab

109
Q

Energiefluss bei Wärmekraftmaschine, die Arbeit verrichten soll

A
110
Q

Energiefluss bei Wärmepumpe bei der Arbeit zugeführt wird

A
111
Q

Wie kann Wärmetransport stattfinden?

A

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
Q

Wie wird bei der Wärmeleitung Wärme übertragen?

A

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
Q

Wo triff Wärmeleitung auf?

A

Meistens in und zwischen Festkörpern

114
Q

Welche Materialien eignen sich gut oder schlecht zu Wärmeleitung?

A

Gut: Metalle

Schlechte: Flüssigkeiten und Gase

115
Q

Wie strömt die Wärme bei Wärmeleitung?

A

Von hoher zu niedriger Temperatur

116
Q

Wozu ist die strömende Wärme proportional bei der Wärmeleitung?

A

zu der Temperaturdifferenz, Fläche A der Wand, sowie zu der Zeit t

umgekehrt proportional zu der Wanddicke d -

117
Q

Wärme bei Wärmeleitung Formel

A
118
Q

Was ist die Wärmeleitfähigkeit?

A

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
Q

Wie wird Wärme per Konvektion transportiert?

A

Durch die Bewegung von Materie in Fluiden transportiert. Wärme wandert mit Materie

120
Q
A

Physik Mos (10 decks)

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