Klassenarbeit Nr. 3 im Modul 14 ABKA Klasse: FS MA 08 Datum:

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1 Klaenarbeit Nr. im Modul 4 ABKA Klae: FS MA 08 Datum: 6..,,4,6,8,,4,6,8,,4,6,8 4 4, 4,4 4,6 4,8 5 5, 5,4 5,6 5,8 6 40,0 9, 8,4 7, 6,0 4,8,6,4, 0,0 8,8 7,6 6,4 5, 4,0,8,6 0,4 9, 7, 5,,, 9, 6,4, bi 9, 8,4 7, 6,0 4,8,6,4, 0,0 8,8 7,6 6,4 5, 4,0,8,6 0,4 9, 7, 5,,, 9, 6,4, 0,0 ab Name: Punkte: Note: (Klinkner evt. benötigte Kontanten: Luftdruck:,0 bar Außentemeratur: 0,0 o C Waer c 4,9 kj/( K Dichte /dm Thermoöl c,5 kj/( K Dichte 0,7 /dm Luft: R i 87,0 J/( K c,004 kj/( K c V 0,76 kj/( K,40. Eine Peltonturbine wird mit m /min Waer mit einer max. Gechwindigkeit von 80 m/ angetrieben. Die Umfanggechwindigkeit der Schaufeln beträgt 55 m/. a Warum wird der Wirkunggrad nicht otimal ein? b Wie viel kw gehen durch dieen Fehler verloren? c Welche Leitung könnte die Turbine bei otimaler Eintellung bei einem max. Wirkunggrad von 86% abgeben? /7. Erklären Sie (kurz, kna und überzeugend, wa man unter den Begriffen a iochor b iobar und c iotherm verteht. /. a Welche Bedingungen müen erfüllt ein, da ein thermodynamicher Proze (annähernd ientro verläuft? b Untercheiden Sie (kurz u. überzeugend zwichen innerer Energie, Wärme und Temeratur! /4 4. Wie lange benötigt ein -kw-tauchieder, um Waer von 0 o C auf 50 o C zu erhitzen? / hat Guy Nègre für PKW einen Druckluftmotor vorgetellt, der au einem Tank tatt Krafttoff nur Druckluft von 00 bar entnimmt. (Mehrere Flachen werden unter dem Fahrzeug angebracht. a Bewerten Sie diee von der Pree begeitert aufgenommene Erfindung. (technich, ökologich, ökonomich, ökumenich, ethich, äthetich,... b Wie viel Energie it in den Drucklufttank von ingeamt 400 Litern Inhalt geeichert, wenn der Druckluftmotor max. 8 kw leitet? (Zum Vergleich: Liter Benzin eichert ca. 4 MJ an chemicher Energie. /6 6. Annonce: "XXYY-Emergency" ( 8,00 zzgl. Verand "Kälte-Pitole" für ofortige Kälte bei Unfällen / Notfällen incl. Patrone mit 8 gr. CO (bi ca. 0 ec. Erklären Sie die Funktionweie de Geräte. (hyikalichen Hintergrund erklären /4 b. w.

2 7. Albert Zweitein exerimentiert mal wieder. Mit dem link abgebildeten Veruchgerät ( 0,5 Liter Luft ind in einem Zylinder von einem exakt dichtenden Kolben eingechloen. Da Manometer zeigt 0,4 bar an; da Thermometer 0 o C. In zwei verchiedenen Veruchen erwärmt er jew. die Luft von 0,5 Liter mit einer Lötlame und zwar jew. o lange, bi die Temeratur der eingechloenen Luft auf 00 o C angetiegen it. Beim erten Mal klemmt er die Kolbentange mit der Klemmchraube fet; beim zweiten Veruch lät er dem Kolben freien Lauf. a Berechnen Sie die unterchiedlichen Endzutände (Druck, Temeratur und Volumen beim erten und beim zweiten Veruch! b Berechnen Sie auch die erforderliche Arbeiten und Wärmen, die jeweil im Siel ind! c Nach dem. Veruch klemmt er ebenfall wieder den Kolben fet und wartet einige Stunden und mit dann den Druck. Wie groß it der Druck dann? d Tragen Sie die Vorgänge in einem geeigneten Diagramm ein! /0 8. Welche Auagen ind falch? Mit der Nadeldüe einer Peltonturbine wird die Waergechwindigkeit vertellt. Peltonturbinen ind Freitrahlturbinen. Bei Kalanturbinen werden Leit- und Laufchaufeln gleichzeitig vertellt. STRAFLO-Turbinen ind beonder für hohe Fallhöhen und geringe Volumentrömen geeignet. Franciturbinen arbeiten auch im Teillatbereich vollbeaufchlagt. Peltonturbinen arbeiten auch im Vollatbereich teilbeaufchlagt. Franciturbinen erreichen Wirkunggrade von über 90%. Da allgemeine Gageetz gilt nur für ideale Gae (~ Gae, weit oberhalb ihrem Siedeunkt. Zwichen den Molekülen de idealen Gae wirken keine Kraftfelder. Wärme it eine von vielen Seicherformen der Energie. kcal (Kalorie it eine veraltete Wärmeeinheit. Wärme kann auch in kwh angegeben werden. Innere Energie kann je nach Proze in Wärme oder Arbeit umgewandelt werden. Eine iotherme Exanion it nur möglich, wenn da Sytem 00%-ig wärmeioliert it. In einem eingechloenen Ga kann die zugeführte Energie einzig und allein nur in innerer Energie vorliegen. Bei der iothermen Verdichtung geht die Arbeit in Wärme über. Bei der iochoren Verdichtung (Druckerhöhung wird Arbeit abgeben. /

3 . Eine Peltonturbine wird mit m /min Waer mit einer max. Gechwindigkeit von 80 m/ angetrieben. Die Umfanggechwindigkeit der Schaufeln beträgt 55 m/. a Warum wird der Wirkunggrad nicht otimal ein? b Wie viel kw gehen durch dieen Fehler verloren? c Welche Leitung könnte die Turbine bei otimaler Eintellung bei einem max. Wirkunggrad von 86% abgeben? /7 a... weil c nicht gegen Null wird. D. h. da Waer hat noch zu viel kinetiche Energie. b c geg. : m 000 min, c 0 m ge P in kw. kin geg. : m 000 min, c 80 m η 0,86 ge P in kw. kin ( P Wkin m v, 0 m 5000 Nm P 5kW m ( Pab m v η 97Nm 9, 7kW, 80 0,86. Erklären Sie (kurz, kna und überzeugend, wa man unter den Begriffen a iochor b iobar und c iotherm verteht. / a b c Alle Begriffe bechreiben ez. Zutandänderungen von Gaen: iochor heißt: Da Volumen (eine Gae bleibt kontant; nur und V ändern ich nach: iobar heißt: Der Druck (eine Gae bleibt kontant; nur V und T ändern ich nach: iotherm heißt: Die Temeratur (eine Gae bleibt kontant; nur und V ändern ich nach: V V. a Welche Bedingungen müen erfüllt ein, da ein thermodynamicher Proze (annähernd ientro verläuft? b Untercheiden Sie (kurz u. überzeugend zwichen innerer Energie, Wärme und Temeratur! /4 a Der Proze mu ehr gut wärmeioliert ein und / oder ehr chnell ablaufen, damit keine Wärme in da beobachtete Sytem hinein oder herau kann. b Wärme it wie die Arbeit eine Tranortform von Energie. (Einheit: Nm J W Die innere Energie it die (einzige Seicherform der Energie bei thermodynamichen Betrachtungen. Sie kann durch Wärme oder / und Arbeit verändert werden. U Q+ W (Einheit: Nm J W Die Temeratur hingegen bechreibt nur die Energie eine einzelnen Schwinger (Einheit: K Somit it ie ein Maß für die innere Energie: U m c ( T T v T T V V T T 4. Wie lange benötigt ein -kw-tauchieder, um Waer von 0 o C auf 50 o C zu erhitzen? /

4 geg. : m P kw kj / Q m c T Q m c T P c 4,9 kj m m P t m c T t c T P T 0K ge. t in 4,9 kj 0K t 77 6min 7 kj hat Guy Nègre für PKW einen Druckluftmotor vorgetellt, der au einem Tank tatt Krafttoff nur Druckluft von 00 bar entnimmt. (Mehrere Flachen werden unter dem Fahrzeug angebracht. a Bewerten Sie diee von der Pree begeitert aufgenommene Erfindung. (technich, ökologich, ökonomich, ökumenich, ethich, äthetich,... b Wie viel Energie it in den Drucklufttank von ingeamt 400 Litern Inhalt geeichert, wenn der Druckluftmotor max. 8 kw leitet? (Zum Vergleich: Liter Benzin eichert ca. 4 MJ an chemicher Energie. /6 a gute Betriebverhalten: kontanter, hoher Drehmomentverlauf keine Abgae (zumindet nicht im Straßenverkehr, keine CO -Emiionen leie einfache Energierücewinnung (beim Bremen und bei Talfahrten relativ teuer hilft foile Brenntoffe aren, fall Befüllen der Tank mit alternativen Energien gechieht Energieverlute beim Befüllen der Flachen (Kühlung erforderlich Vereiunggefahr bei Maximalleitung (fat ientroe Exanion Warmluft im Winter mu erzeugt werden viel zu geringe Reichweite (vgl. Aufg. Teil b b geg. : 0bar bar V 400l 0, 4m ge. W in kj weniger al die Energie von Benzin!!! alternative Rechnung: V V V V V V,40 0bar V V 0,4 m 0, 4m 58,6, 4m bar W W 0 N,4 m 0 0 N 0, 4m 5 5 V V m m 97 0 Nm 0,40 5 7, 4 0 J 4,MJ W m c ( T T v T T T T 0,40,40 ( T 9K 9K 0,95 57K N V V 0, 4m m R m i m 4 T T Ri 9 87 J W 4 76 J (57 K 9 K 4, MJ 6. Annonce: "XXYY-Emergency" ( 8,00 zzgl. Verand "Kälte-Pitole" für ofortige Kälte bei Unfällen / Notfällen incl. Patrone mit 8 gr. CO (bi ca. 0 ec. Erklären Sie die Funktionweie de Geräte. (hyikalichen Hintergrund erklären /4

5 a Die Energie in der CO -Patrone it auchließlich innere Energie. Wird nun Ga entnommen, o vergrößert ich da autrömende Gavolumen; e wir alo Arbeit abgegeben, die au der inneren Energie der Patrone tammt. Da die innere Energie gefallen it und o chnell keine Wärme eintrömen konnte, mu demnach die Temeratur gefallen ein. U Q+ W m c ( T T Die Kälteitole kühlt. v 7. Albert Zweitein exerimentiert mal wieder. Mit dem link abgebildeten Veruchgerät ( 0,5 Liter Luft ind in einem Zylinder von einem exakt dichtenden Kolben eingechloen. Da Manometer zeigt 0,4 bar an; da Thermometer 0 o C. In zwei verchiedenen Veruchen erwärmt er jew. die Luft von 0,5 Liter mit einer Lötlame und zwar jew. o lange, bi die Temeratur der eingechloenen Luft auf 00 o C angetiegen it. Beim erten Mal klemmt er die Kolbentange mit der Klemmchraube fet; beim zweiten Veruch lät er dem Kolben freien Lauf. a Berechnen Sie die unterchiedlichen Endzutände (Druck, Temeratur und Volumen beim erten und beim zweiten Veruch! b Berechnen Sie auch die erforderliche Arbeiten und Wärmen, die jeweil im Siel ind! c Nach dem. Veruch klemmt er ebenfall wieder den Kolben fet und wartet einige Stunden und mit dann den Druck. Wie groß it der Druck dann? d Tragen Sie die Vorgänge in einem geeigneten Diagramm ein! /0 a geg. : V 0,5 Liter,4 bar T 9K T 47K ge. V in m in bar I. iochor : V V 0,5 Liter T 47K, 4bar,6 bar T T T 9K e, 6bar II. iobar : V V T 47K V V 0,5 l 0, 807 Liter T T T 9K b I. iochor : Q m c ( T T v 5 V V, 4 0 0,0005 m m Ri m 0, 0008 i Nm T T R 9K 87 K Q 0, J (47K 9 K 07,J K W 0, weil V 0 I. iobar : Q m c ( T T 0, J 80K 50,J W ( 0, J m Ri T T 80K 4, 9J c geg. :,4 bar T 47K T 9K 4 ge. in bar 4 4 T4 9K 4, 4bar 0,867 bar T T4 T 47K 0, bar e

6 d nur qualitativ: 8. Welche Auagen ind falch? Mit der Nadeldüe einer Peltonturbine wird die Waergechwindigkeit vertellt. Peltonturbinen ind Freitrahlturbinen. Bei Kalanturbinen werden Leit- und Laufchaufeln gleichzeitig vertellt. STRAFLO-Turbinen ind beonder für hohe Fallhöhen und geringe Volumentrömen geeignet. Franciturbinen arbeiten auch im Teillatbereich vollbeaufchlagt. Peltonturbinen arbeiten auch im Vollatbereich teilbeaufchlagt. Franciturbinen erreichen Wirkunggrade von über 90%. Da allgemeine Gageetz gilt nur für ideale Gae (~ Gae, weit oberhalb ihrem Siedeunkt. Zwichen den Molekülen de idealen Gae wirken keine Kraftfelder. Wärme it eine von vielen Seicherformen der Energie. kcal (Kalorie it eine veraltete Wärmeeinheit. Wärme kann auch in kwh angegeben werden. Innere Energie kann je nach Proze in Wärme oder Arbeit umgewandelt werden. Eine iotherme Exanion it nur möglich, wenn da Sytem 00%-ig wärmeioliert it. In einem eingechloenen Ga kann die zugeführte Energie einzig und allein nur in innerer Energie vorliegen. Bei der iothermen Verdichtung geht die Arbeit in Wärme über. Bei der iochoren Verdichtung (Druckerhöhung wird Arbeit abgeben. /