Wie kann es sein, dass Teilchen (Moleküle oder Atome) in einem Festkörper schwingen, ein Apfel aber einfach zu Boden fällt und nicht schwingt?
Die Bewegungen der Teilchen unterscheiden sich aufgrund unterschiedlicher Kräfte und Interaktionen von der Bewegung eines Apfels
Teilchen schwingen aufgrund von:
o Intermolekularen Kräften
o Gitterstruktur der Teilchen
Apfel fällt wegen
o Erdanziehungskraft —> gradlinige Bewegung im Gegensatz zu Schwingen
o Freie Bewegung, die nicht durch feste Bindung eingeschränkt ist
Mit welchen Effekten kann thermische Energie und ihre Übertragung auf molekularer Ebene beschrieben werden?
- Mit der transversalen Geschwindigkeit der Moleküle (kinetische Energie) und den intermolekularen Anziehungskräften (potenzielle Energie)
- Steigende thermische Energie kann als Steigerung des Erregungszustands der Teilchen gesehen werden (Intermolekulare Kräfte nehmen bei zunehmendem Abstand ab)
Zwei Objekte ziehen sich an und nähern sich. Nimmt die potenzielle Energie hierbei zu oder ab?
- Potenzielle Energie = intermolekulare Anziehungskräfte
- Nähern —> Abnahme
- Entfernen —> Zunahme
Sie ziehen zusammenklebende Magnete auseinander. Beschreiben Sie die Änderung der potenziellen Energie, den Anfangs- und den Endzustand.
- Anfangszustand: Magnete nah beieinander, Energie des Systems ist minimal, da geringe Entfernung und Anziehungskraft überwunden werden müsste, um sie zu trennen
- Änderung der potenziellen Energie: beim Auseinanderziehen erhöht sich die potenzielle Energie, weil Arbeit verrichtet wird, um Magnete gegen die Anziehungskraft zu trennen, Anziehungskraft nimmt ab
- Endzustand: Magnete sind voneinander getrennt und potenzielle Energie des Systems ist maximal, es wirkt keine Anziehungskraft mehr zwischen ihnen
Stellen Sie sich einen hypothetischen Senkrechtstart einer Rakete ins freie All vor. Erklären Sie wie hierbei Masse, Gravitation, Kraft und potenzielle Energie zusammenhängen.
- Masse: bestimmt wie stark Gravitationskraft auf die Rakete wirkt
- Gravitation: hängt von der Entfernung zwischen zwei Massen ab, wirkt auf die Rakete nach unten, muss überwunden werden
- Kraft: Gegenläufige Kraft gegen Gravitationskraft, erzeugt durch Raketenmotoren
- Potenzielle Energie: steigt, da größere Höhe
Die Temperatur einer verdampfenden Flüssigkeit und des darüberliegenden Dampfes ist konstant, das heißt, dass auch ihre spezifische thermische Energie konstant ist. Wie ist dann eigentlich Verdampfung möglich?
- Wenn die Geschwindigkeit eines Teilchens hoch genug ist, kann es den Einflussbereich der anderen Teilchen verlassen
- Zwischenmolekulare Bindungen werden durch Energiezufuhr aufgebrochen —>gasförmig
- Latente Energie: Energie, die für den Phasenübergang benötigt wird, bleibt im System während Phasenübergang stattfindet —>T konstant
- Pot. Energie erhöht sich, nicht mit T verbunden sondern mit der räumlichen Anordnung—> Moleküle absorbieren weiterhin Energie und werden nicht heißer, sondern bewegen sich nur schneller —>Phasenübergang
Warum ist es bei thermodynamischen Beschreibungen unpräzise von schnell und langsam siedenden Stoffen oder von einem Verdampfungspunkt ohne weitere Angaben zu sprechen? Wie müssten Stoffe bei gleicher Temperatur verglichen werden? Erläutern Sie ausführlich die Zusammenhänge.
- Siede- und Verdampfungseigenschaften verschiedener Stoffe hängen von verschiedenen Faktoren ab und nicht nur von der Temperatur
- Die Eigenschaften hängen von kritischer Temperatur und kritischem Druck ab
- Zum Vergleichen muss daher auch immer der Druck berücksichtigt werden
Was ist Wärmekapazität und warum ist der Begriff eigentlich nicht richtig?
- Die Menge an Energie, die benötigt wird, um die Temperatur auf eine bestimmte Menge zu erhöhen
- Gibt an wie gut ein Material Wärme speichern kann
- Weil Wärme eine Prozessgröße ist und nicht speicherbar (Energiefluss über Systemgrenze mit Temperaturgefälle)
Was ist der Unterschied zwischen der Wärmekapazität bei konstantem Volumen und Wärmekapazität bei konstantem Druck?
- Cv —> Menge an Wärme, die benötigt wird, um Temperatur eines Systems zu erhöhen, während das Volumen konstant ist
- Cp —>Menge an Wärme, die benötigt wird, um Temperatur eines Systems zu erhöhen, während Druck konstant ist
Was kann mit der Wärmekapazität bei konstantem Druck und der Wärmekapazität bei konstantem Volumen berechnet werden, wenn nukleare und chemische Energie nicht von Bedeutung sind?
- Enthalpieänderung
- Änderung der inneren Energie
- Arbeit
- Spezifische Wärme
Wann kann die Änderung eines thermischen Energiezustands nicht mit der Wärmekapazität errechnet werden?
- Wenn man nicht nur cp oder cv hat (sondern cv und cp)
- Bei Phasenänderung
- Bei idealen Gasen (Nähe Phasenübergang)
Die Änderung der Energie von thermischen Zustandsänderungen basiert fast immer auf mehreren Effekten. Nenne beispiele
- Latente Wärme: Phasenübergänge
- Spezifische Wärmekapazität des Materials (wieviel Energie wird für Temperaturänderung benötigt?)
- Änderung des Volumens
- Arbeit am System
- Enthalpieänderung (∆V und ∆U)
Was ist der Unterschied zwischen Adsorption und Absorption?
- Absorption: Flüssigkeit oder Feststoff nimmt Fluid oder Feststoff aktiv auf
- Adsorption: Andocken an der Oberfläche
Wäre es für das Kühlmittel eines Kühlkreislaufs in einem Automotor besser eine große oder eine kleine Wärmekapazität zu haben?
- Große Wärmekapazität
- Kann größere Menge an Wärmeenergie aufnehmen, bevor Temperatur signifikant steigt kann effektiver Wärme von den heißen Komponenten des Motors aufnehmen und abführen effizientere Kühlung
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