1 Tutorium Physik 1. Wärme. WS 17/18 1. Sem. B.Sc. Catering und Hospitality Services Diese Präsentation ist lizenziert unter einer Creative Commons Namensnennung Nicht-kommerziell Weitergabe unter gleichen Bedingungen 4.0 International Lizenz
2 Themen 1. Einführung, Umrechnen von Einheiten / Umformen von Formeln 2. Kinematik, Dynamik 3. Arbeit, Energie, Leistung 4. Impuls 5. Wärme 6. Verformung (Technische Mechanik) 7. Fluide
3 5. WÄRME
5.1 Wärmetransport/Temperaturskalen: Aufgabe (*) 4 a. Wie kann Wärmetransport stattfinden? b. Welche Temperaturskalen gibt es? c. Welche der Temperaturskalen wird als SI-Einheit angesehen und wo liegt bei dieser Skala der Nullpunkt?
5.2 Temperatur: Aufgabe (*) 6 Worin liegt der physikalische Unterschied zwischen absolutem Nullpunkt und höheren Temperaturen?
5.3 Suppe: Aufgabe (*) 8 Eine Suppe hat eine Temperatur von T = 67 C. Die folgenden Ergebnisse sollen auf ganze Zahlen gerundet angegeben werden. a. Wie viel Kelvin sind das? b. Hätte die Suppe eine Temperatur von T = 67 K, welchem Wert entspräche dies in C? c. Um wie viel Kelvin muss die Temperatur erhöht werden, damit die Suppe kocht?
11 5.4 PE-Strang: Aufgabe (**) PE hat einen Längenausdehnungskoeffizienten α = 200 10-6 K -1. Wie lang wird ein 10 m langer PE-Strang, der von 20 C auf 200 C erwärmt wird?
5.5 Längenausdehnung: Aufgabe (**) 13 Ein Material hat einen Längenausdehnungskoeffizienten von α = 180 10-6 K -1. Es wurde von 15 C auf 80 C erwärmt und hat sich dabei um 0,25 m ausgedehnt. Wie lang war es vor der Erwärmung?
5.6 Volumenausdehnung: Aufgabe (**) 15 Ein Tank mit einem Fassungsvermögen von V 0 = 60.000 L soll mit Olivenöl gefüllt werden. Bei der Befüllung beträgt die Ausgangstemperatur 5 C. Die Lagertemperatur beträgt 25 C. Der Volumenausdehnungskoeffizient von Olivenöl beträgt γ Öl = 9,5 10-4 K -1 a. Wie groß ist ΔV in m 3? b. Wie groß ist die relative Volumenänderung des Öls? c. Wie groß muss das Gesamtvolumen V Ges des Tanks bei Lagerung sein?
5.7 Suppenschüssel: Aufgabe (**) 18 Beim Eingießen einer heißen Suppe erwärmt sich die Glasschüssel (c = 840 J/(kg K)) um 20 C. a. Wie groß ist die dabei übertragene Wärmemenge Q, wenn die Glasschüssel eine Masse von m = 500 g hat? b. Wie verändert sich die übertragene Wärmemenge Q, wenn die Schüssel m = 1 kg wiegen würde?
5.8 Jenaer Glasschüssel: Aufgabe (***) 21 Der Durchmesser einer Jenaer Glasschüssel (α = 3,3 * 10-6 / K) verändert sich beim Erhitzen um 0,15 %. Wie groß ist die übertragene Wärme Q, wenn die Schüssel (c = 840 J/kg*K) eine Masse von m = 800 g hat?
5.9 Wärmemenge: Aufgabe (**) 24 Wasser hat eine spezifische Wärme c = 4,19 kj/(kg K) spezifische Schmelzwärme s = 333 kj/kg spezifische Verdampfungswärme r = 2.256 kj/kg. Sie haben einen Eisblock mit einer Masse m = 3 kg. a. Wie viel Energie muss dem Eis zugeführt werden, damit es schmilzt? b. Nach dem Schmelzen des Wassers (T = 1 C) wird es auf 50 C erwärmt. Wie viel Energie wird dazu benötigt? c. Wie viel Energie wird benötigt, um das 50 C warme Wasser zu verdampfen?
5.10 Latente Wärme: Aufgabe (*) 29 Was ist latente Wärme?
5.11 Aggregatzustand: Aufgabe (*/*/*/**) 31 a. Nennen Sie die drei Phasen/Aggregatszustände von Materie. b. Nennen Sie die Eigenschaften der unterschiedlichen Phasen. c. Wie werden die Phasenübergänge genannt? d. Skizzieren Sie die Phasenübergänge von 1kg Wasser. Tragen Sie dabei die Wärmemenge gegen die Temperatur in das Diagramm ein. Tragen Sie auch ein, in welchem Bereich welche Phase zu finden ist.
5.12 Längenänderung: Aufgabe (**) 37 Um wie viel % verlängert sich ein Stahldraht bei der Erwärmung von T 1 = 0 C auf T 2 = 100 C. Hinweis: Ausdehnungskoeffizient α = 14 10-6 / K
5.13 Dampfrohr: Aufgabe 39 Ein Dampfrohr aus Stahl hat bei einer Temperatur T 1 = 20 C eine Länge von l = 6,0 m. Um welchen Betrag in mm ändert sich die Länge, wenn Dampf von T 2 = 120 C hindurchströmt? Hinweis: Der Längenausdehnungskoeffizient für Stahl beträgt: α = 1,45 10-5 1/K
5.14 Schnellkochtopf: Aufgabe (***) 41 In einem elektrischen Schnellkochtopf mit der Leistungsaufnahme P = 1,5 kw soll Wasser mit der Masse m = 2,0 kg und der Temperatur T = 15 C zum Sieden gebracht werden. Wie viele Minuten dauert es, wenn der Wirkungsgrad n = 75 % beträgt? Hinweis: Spezifische Wärmekapazität das Wassers c = 4,19 J/(g K)
5.15 Wärmekapazität: Aufgabe (**) 44 Welche Wärmemenge in kj ist erforderlich um eine Wassermasse m = 2 L von einer Temperatur T = 20 C bis zum Sieden zu erhitzen? Hinweis: Spezifische Wärmekapazität des Wassers c = 4,19 kj/(kg K)
5.16 Leistung: Aufgabe (***) 46 In einer Destillieranlage soll in einer Zeit t = 1,0 h Wasser mit einem Volumen von V = 2,50 L und einer Temperatur T = 15ºC verdampft werden. Welche Leistung in kw muss aufgebracht werden, wenn die Anlage mit einem Wirkungsgrad von n = 75 % arbeitet? Hinweise: c = 4,19 kj/(kg K) r = 2.256 kj/kg
5.17 Wärmeaustausch: Aufgabe (***) 50 In einem Behälter befinden sich V 1 = 60 L Wasser mit einer Temperatur T 1 = 80ºC. Wie viel Wasser von T 2 = 10ºC wird benötigt, um eine Endtemperatur T E = 40ºC zu erreichen? Hinweis: 1 L Wasser soll eine Masse von 1 kg haben.
5.18 Eis: Aufgabe (***) Welche Wärmemenge Q in kj ist aufzuwenden, um Eis mit einer Masse m = 2,50 kg und einer Temperatur T = -10ºC zu schmelzen und das Schmelzwasser vollständig zu verdampfen? Hinweise: Schmelzwärme s = 333 kj/kg, Verdampfungswärme r = 2.256 kj/kg c Eis = 2,09 kj/(kg K) c Wasser = 4,19 kj/(kg K) 52
5.19 Volumenänderung: Aufgabe 56 Eine Wasserheizung ist mit einer Wassermenge V = 1.000 L gefüllt. Wie viel Wasser tritt in das Überlaufgefäß ein, wenn die Wassertemperatur T 1 = 20 C auf eine Temperatur T 2 = 80 C steigt? Hinweis: Volumenausdehnungskoeffizient des Wassers γ = 18 10-5 1/K