Thermodynamik Flashcards
in welchem bezug steht temp. zur mittleren kinetischen Energie (kin. Gastheorie)
proportional, je höher sie wird, desto höhere kin. E haben auch Teilchen im mittel –> Teilchen stoßen sich mit höherem impuls ab, nehmen dadurch mehr raum ein
wärme
form von energie, formelzeichen Q, einheit: joule
übertragung von wärme
- wärmeleitung
- konvektion
- temperaturstrahlung
- in feststoffen oder ruhenden flüssigkeiten
- materie wird bewegt, nicht die schwingung von teilchen zum nächsten (wie bei wärmeleitung)
- kommt ohne materie aus, sonne kann durch leeren weltraum zu uns vordringen
- innere energie
U Formel, Bezug zu kin.E und Temp?
- wärmekapazität c
- Energien, die innerhalb des stoffes selbst gespeichert sind (kin. E + pot. E werden nicht dazugezählt)
U = n x E(kin), Einheit 1J
um temp. eines körpers zu erhöhen bzw. zu erniedrigen: bestimmte wärmemenge Q (Energie E) muss zugeführt/abgeführt werden
E = Q = c x T x m
- Wärmemenge, die nötig ist, um die Temp. von 1kg Matierie um 1K zu erhöhen –> c = Q/T (J/K)
spezifische wärmekapazität c
gibt an, wie viel wärme von einem körper aufgenommen bzw. abgegeben werden muss, damit Temp. von 1kg des stoffes um 1 kelvin ändert
c (spez.) = c/m (Masse) –> Q = m x c(spez) x T
wärmekraftmaschinen
- Funktion
- Bsp
- system, die wärmeenergie + chem. energie in mechanische energie umwandelt –> wird für mech. arbeit genutzt
bestimmte stoffe werden vom zustand höherer temp. in zustand niedriger temp. gebracht
–> dem heißen medium wird wärme entzogen, dem kühleren wärme zugeführt –> mech. E. W wird dabei abgegeben
- Verbrennungsmotoren (automotore), Gas- bzw. Dampfturbinen
gegenteil wärmekraftmaschinen
kraftwärmemaschinen: wandeln mech. E in Wärme um
Wirkungsgrad Wärmekraftmaschine
Angabe, wie effizient eine Maschine arbeitet –> Quotient aus Nutzenergie E(ab) (die durch den motor nutzbar gemacht wird) + der zugeführten Energie E(zu) = E(ab)/E(zu),
Quotient stets kleiner als 1, keine maschine arbeitet zu 100% effizient
Hauptsätze der Thermodynamik (Wärme und Arbeit, innere energie U)
- Hauptsatz
- Hauptsatz
- Hauptsatz
- die änderung (zunahme) er inneren Energie eines Systems entspricht der summe der arbeit aus zugeführter wärme und am system verrichteter Arbeit –> U kann erhöhrt werden, indem man system erwärmt (Q zuführt) oder Arbeit W daran verrichtet
U = Q + W = Q -p x V
(ein perpetuum mobile erster art ist nicht möglich)
- in einem abgeschlossenen system nimmt entropie niemals ab, sie kann nur zunehmen oder konstant bleiben
–> wärme geht immer von wärmeren auf kälteres objekt, Entropie steigt stets
- es ist nicht möglich, ein system bis zum absoluten Nullpunkt ( 0K) zu kühlen
zustandsformen der materie (phasen/Aggregatzustände)
Phase
homogener teil der materie, der von einer anderen phase durch eine grenzfläche getrennt ist (Phasengrenze)
fest
flüssig
gasförmig
mehrere phasen in einem gemisch = heterogen
- Emulsion:
- Suspension:
- Aerosol:
- Gemenge
- flüssig/flüssig
- fest/flüssig
- fest, flüssig/gasförmig
- fest / fest
übergänge
- erstarren
- schmelzen
- verdampfen
- kondensieren
- sublimieren
- resublimieren
- flüssig –> fest
- fest –> flüssig
- flüssig –> gasförmig
- gasförmig –> flüssig
- fest –> gasförmig
- gasförmig –> fest
kin. E = 0
keine schwingungen, absoluter nullpunkt
teilchen im festen stoff?
Metalle, salze, molekulare bindungen
haben feste plätze, werden von unterschiedl. kräften in positiion gehalten
Metalle: elektrostatische Anziehungskräfte
Salze: wechselwirkungen, die ionengitter verursachen
molekulare bindungen: intermolekulare wechselwirkungen
feststoffe (3)
- lassen sich nicht komprimieren ( kein platz zw. molekülen) + form definiert
- flüssigkeiten und gase passen sich behältnis an
- wenn temp. höher: T. schwingen stärker, bleiben aber am platz, stoff schmizt, wenn kin. E anziehungkräfte überwunden hat
flüssige Stoffe (3)
- teilchen können sich frei bewegen, gleiten aneinander vorbei
- form nicht definiert + nicht komprimierbar
- bei weiterem erwärmen: teilchen lösen sich voneinander
- -> flsg. wird gasförmig (siedet)
hohe Anziehungskräfte = ?
hohe schmelz. / hohe siedetemp.
gase
keine definierte Form, kein definiertes volumen, komprimierbar, anz.kräfte sind überwunden, bewegen sich frei, keinen festen platz = Brownsche Molekularbewegung
langkettige CH-Ketten
starke van-der-waals-kräfte –> hohe schmelztemp!
verbindungen mit wasserstoffbrücken
höhere schmelztemp. als verbindung mit niedrigen van-der-waals-kräften, bewirken dass wasser bei raumtemp. flüssig und nicht gasförmig ist
was passiert wenn man bei einer siedenden flüssigeit die temp. erhöhtß
bleibt gleich trotz energiezufuhr
was passiert mit energie wenn flüssigkeit erstarrt?
wird frei
diffusion
bewegung der stoffe vom ort hoher zum ort niedriger konz., erfordert keine energie, passiv
kann aber genutzt werden um energie zu gewinnen
osmose
mehr farbmoleküle auf einer seite als auf anderen, getrennt durch semipermeable/selektivpermeable membran, lässt aber nur wasser passieren
konz.ausgleich soll stattfinden –> wasssermoleküle wandern von ort niedriger farbmolekül-konz. (hypotone seite) auf andere seite (hypertone seite)
osmotischer druck
druck nimmt in hälfte zu, in der konz. an gelösten teilchen anfangs höher ist zu –> höherer osmotischer druck (steigende bewegung der T –> erhöhte Temp –> erhöhter osmotischer druck)
daran können nur teilchen beitragen, die membran nicht passieren können = osmotisch wirksame teilchen –> osmotischer Druck hängt von konz. der osmotisch wirksamen teilchen ab!!
wenn teilchen ganz normal membran überwinden können: Difussion
anomalie des wassers
was passiert mit körpern die dichter sind als flüssigkeit?
wann hat wasser seine größte dichte?
sinken
bei 4°C, dichte nimmt mit zunehmender temp ab, während V steigt
–> bei ca. 4°C wassermoleküle grade so beweglich, so wenig H-Brücken, dass wasser hier das geringste volumen einnimmt
–> bei kälter als 4°C: immer mehr H-Brücken, Wassermoleküle bestimmten Abstand voneinander, volumen des flüssigen wassers erhöht sich von 4°C bis 0°C, während Dichte abnimmt –> Eisberge schwimmen auf Wasser
avogadro-konstante N(A)
in einem mol kohlenstoff (12 gramm des Kohlenstoffnuklids): 6,022x10^23
0°C = wie viel kelvin?
273K
temperatur
def.
auf was wirkt sie sich aus?
maß für mikroskopische bewegung der teilchen innerhalb eines stoffes, hängt von aggregatzustand + art der teilchen ab
auf volumen eines stoffes + dichte + druck
von was hängt schmelztemp, gefriertemp. + verdampfungstemp. ab?
vom herrschenden druck
sublimieren, wann ist dieser übergang möglich?
fast nur bei niedrigem druck
von was hängt aggregatzustand ab?
art des stoffes, temp. + druck
mechanische Arbeit W
bei W > 0
bei W<0
formel
bei W > 0: man führt E hinzu, drückt gefäß zusammen –> mech. Kompression
bei W<0: System breitet sich aus (expandiert), E. wird entnommen
negative zugeführte E. bedeutet abgeführte E.
W = -p x V –> proportional zum volumen
Wärmeenergie Q
bei Q>0
bei Q<0
bei Q>0: E. wird hinzugeführt
bei Q<0: neg. E bedeutet E.abfuhr
