Warum ist es fehlerhaft zu behaupten, dass ein System Wärme enthält?
Wärme bezeichnet in der Thermodynamik lediglich das Integral eines Wärmestroms. Und ein Wärmestrom ist definiert als ein Energiestrom, über eine Systemgrenze aufgrund eines Temperaturgefälles
Was passiert mit der zugeführten Energie, wenn Kochzutaten in einem Mixer gemischt werden? Handelt es sich um Energieübertragung durch Arbeit, durch Wärme oder durch Arbeit und Wärme?
Prinzipiell nicht direkt zu beantworten, da keine Aussage über die Systemgrenze getroffen wurde. Geht man allerdings von einer Systemgrenze um den Mixer herum aus, so handelt es sich lediglich um eine Energieübertragung in Form von einem Arbeitsstrom. Diese wird allerdings aufgrund der Reibung zu einer erhöhten Temperatur führen, was wiederum dazu führt, dass ein Wärmestrom aus dem System von Statten geht.
Wie sieht die Energiebianz eines isolierten Systems aus (keine Interaktion mit der Umgebung)?
Ein isoliertes System hat sowohl keinen Materie- als auch Energieaustausch mit der Umgebung. Daher sollten die Integrale der Energieströme alle gleich null sein.
Wofür wird eine Systemgrenze genutzt? Was muss beim Zeichnen einer Systemgrenze berücksichtigt werden?
Eine Systemgrenze dient dazu ein System von seiner Umgebung abzutrennen und somit Energiebilanzgleichungen aufzustellen. Die Systemgrenze muss geschickt definiert werden, da dies erhebliche Auswirkungen auf die Bilanzierung haben kann.
Wofür steht das Wort Umgebumg in einem thermodynamischen Kontext
Mit dem Wort Umgebung wird im thermodynamischen Kontext alles bezeichnet was außerhalb der Systemgrenze liegt.
Beschreiben Sie kinetische und potenzielle Energie in Ihren eigenen Worten. Unter welchen Umständen ist die Umwandlung ineinander zu 100% möglich?
Potenzielle Energie, ist die Energie, die eine Masse aufgrund ihres Höhenpotenzials (bezogen auf einen definierten Bezugspunkt) in sich hat.
Die kinetische Energie, ist die Energie, die eine Masse aufgrund ihrer Trägheit und Geschwindigkeit besitzt.
Allerdings ist sowohl bei der kinetischen als auch bei der potenziellen Energie nicht die absolute Energie von Interesse, sondern die Energie zu einem bestimmten Bezugspunkt. Z.B. die potenzielle Energie die eine Masse gewinnt durch das Anheben um 10 Meter Höhe.
Eine 100%-ige Umwandlung ist in einem reversiblen Prozess möglich. Hier darf keine Reibung vorhanden sein. Andernfalls würde ein Teil der kinetischen Energie in Form von thermischer Energie „verloren“ gehen.
Was wird unter wärmebasierter Interaktion verstanden?
Eine wärmebasierte-Interaktion findet zwischen zwei Systemen statt. Das bedeutet, dass Energie in Form von Wärme aufgrund eines Temperaturunterschiedes, von dem einen System in das andere System übergeht. (Entweder von Energiequelle in das System rein, oder aus dem System in die Energiesenke)
Wie lauten die physikalischen SI-Einheiten für Arbeit und Wärmestrom?
[J/s] = [W] = [kg * m² / s³]
Vergleichen Sie die Ählichkeiten eines Wasserfasses mit einem zugeführten und einem abgeführten Wasserstrom zu einem thermodynamischen System mit Energieübertragung
Betrachtet man ein Wasserfass mit einem zugeführten und abgeführte Wasserstrom, so ist die Differenz der beiden Ströme die Änderung des Wasserinhalts des Systems.
Betrachtet man ein thermodynamisches System kann eine Analogie zu dem Wasserfass gezogen werden. Das thermodynamische System hat eine Energieänderung, die durch die Differenz der zugeführten Energie (in Form von Wärme oder Arbeit) und der abgeführten Energie (in Form von Wärme oder Arbeit) beschrieben werden kann.
Die Energiestrombilanzgleichung (Leistungsbilanzgleichung) beinhaltet lediglich ein term der Wärme und einen der Arbeit. kann Sie für Fragestellungen mit mehreren Wärme und Arbeitsströmen eingesetzt werden ? begründen sie ihre Aussage
Zur Vereinfachung ist es üblich alle Arbeits- und Wärmeströme zu einem Nettostrom zusammenzufassen.
Was wir unter Vorzeichenkovention von Arbeit und Wärme verstanden?
Es beschreibt die „egoistische Vorzeichenregel“. Sollte ein Energiestrom das System verlassen, so wird das Vorzeichen als negativ angesehen. Sollte ein Energiestrom dem System zugeführt werden, ist das Vorzeichen als positiv anzusetzen.
Was ist Total-Energie? Nennen Sie die verschiedenen Energieformen, die die Totalenergie bilden
1. Innere Energie
a. Thermische Energie
i. Latente Energie
ii. Sensible Energie
b. Chemische Energie
c. Nukleare Energie
2. Kinetische Energie
3. Potenzielle Energie
Wie stehen Wärme, innere Energie und thermische Energie in Beziehung?
Wärme ist, wie bereits beschrieben, der Prozess, bei dem ein Energiestrom aufgrund eines Temperaturgefälles eine Systemgrenze überschreitet. Durch diese Zuführung der Energie erhöht sich die innere Energie des Systems in Form von thermischer Energie.
Auf welche Weise kann Energie die Systemgrenze eines geschlossenen System passieren
Bei einem geschlossenen System wird keine Materie mit der Umgebung ausgetauscht. Die Energie kann eine Systemgrenze in Form von Wärme, Arbeit oder Strahlungsintegral passieren.
Wann wird eine Systemgrenze überschreitende Energie Wärme und wann Arbeit genannt?
Wärme bezeichnet das Integral eines Energiestroms über eine Systemgrenze aufgrund eines Temperaturgefälles. Bei Arbeit könnte man größtenteils sagen, dass alle Energieübertragungen, die nicht in Form von Wärme geschehen, Arbeit sein müssen. Allerdings kommt hier noch die Strahlung ins Spiel. Präziser ausgedrückt kann man sagen, dass Arbeit die Energieübertragung ist, die mit einer über einen Weg wirkenden Kraft einhergeht. Mechanische Arbeit kann beispielsweise durch den Druck eines Gases gegen einen Kolben verrichtet werden.
Ein Gas wird in einer Kolben-Zylinder-Einheit verdichtet. Hierduch steigt die Temperatur.
Ist dies eine wärmebasierte oder eine arbeitsbasierte Interaktion?
Die Verdichtung erfolgt mittels eines Arbeitsstroms. Die Temperaturerhöhung geschieht innerhalb der Systemgrenzen aufgrund der physikalischen Eigenschaften eines Gases.
Ein Raum wird durch ein Bügeleisen geheizt, das eingeschaltet vergessen wurde. Ist dies ein wärmebasierte oder eine arbeitsbasierte Interkation? Nehmen Sie den gesamten Raum einschließlich des Bügeleisens als System an.
In diesem Fall muss man ebenfalls wieder von einer arbeitsbasierten Interaktion ausgehen. Sofern das Bügeleisen ein handelsübliches Bügeleisen ist, welches mittels Strom betrieben wird, wird dem System lediglich ein elektrischer Arbeitsstrom hinzugeführt. Innerhalb des Systems wird der elektrische Arbeitsstrom dann verwendet, um die innere Energie in Form von thermischer Energie zu erhöhen.
Wie lauten die physikalischen einheiten der inneren Energie und des Wärmestroms?
Wärmestrom = [J / s] oder [W] = [kg * m² / s³]
Innere Energie = [J] oder [Ws] = [kg * m² / s²]
Ein Auto wird vom Stand auf 85 km/h in 10 Sekunde beschleunigt. Wäre die übertragende Energie eine andere, wenn das Auto zur gleichen Geschwindigkeit in 5 Sekunden beschleunigt worden wäre?
Nein es spielt keine Rolle in welcher Zeit das Auto beschleunigt wird, wenn man von einem reibungslosen Prozess ausgeht. Die benötigte Leistung (Arbeitsstrom) ändert sich, jedoch bleibt das Integral, also die benötigte Energiemenge über den gesamten Zeitraum, gleich. Die Energie ist später in Form der kinetischen Energie gespeichert.
Ein Student lässt an einem heißen Sommertag morgens den Ventilator an, wenn er sein Zimmer verlässt. Wird der Raum abends eine höhere oder eine niedrigere Temperatur haben als der gleichartige Nachbarraum? Warum? Gehen Sie davon aus, dass Fenster und Türen gut verschlossen sind.
Geht man von einem adiabaten System aus, sollte die Temperatur abends im Schlafzimmer sogar höher sein, als in den Nachbarräumen. Das liegt ganz einfach an dem Energieerhaltungssatz. Die Energie die mittels des elektrischen Arbeitsstroms über den Ventilator dem Raum zugeführt wird, muss in irgendeiner Form umgewandelt werden. Die einzige Möglichkeit ist, dass sich die thermische Energie des Systems erhöht und somit die Temperatur des Raumes steigt.
Wie sieht die Energiebilanz für ein isoliertes System (keine Interaktion mit der Umgebung) aus, wenn ein Meteorit auf die Erde einschlägt und zur Ruhe kommt – wo verbleibt dessen kinetische und potenzielle Energie?
Da es nur drei übergeordnete Energieformen gibt (potenzielle, kinetische und innere Energie), sollte die potenzielle und kinetische Energie, in innere Energie umgewandelt worden sein. Das ganze vermutlich aufgrund des Impulserhaltungssatzes. Der Meteorit besitzt aufgrund seiner Masse und seiner Geschwindigkeit eine kinetische Energie bzw. einen Impuls. Beim Auftreffen auf die Erde muss dieser Impuls irgendwo hinübertragen werden. Durch den Aufprall und durch den Flug innerhalb der Atmosphäre kommt es zur Reibung, wodurch der Impuls teilweise an die Luft und teilweise an die Erde abgegeben wird. Dadurch erhöht sich die innere Energie, in dem sich die thermische Energie, aufgrund von erhöhter Teilchengeschwindigkeit der Luft, erhöht.
Durch den Aufprall werden auch Partikel aus dem Boden in die Atmosphäre befördert, wodurch sich deren potenzielle Energie ebenfalls erhöht.
Das Heben eines Gewichtes auf eine Höhe von 20 m dauert 20 s für einen und 10 s für den anderen Kran. Gibt es einen Unterschied in der übertragenen Energie und dem Arbeitsstrom der beiden Fälle?
Bei der übertragenen Energie gibt es keine Unterschiede. Beide Kräne müssen die gleiche Masse auf die gleiche Höhe befördern und benötigen dafür die gleiche Energiemenge. Jedoch gibt es einen Unterschied bei dem Arbeitsstrom. Der Arbeitsstrom ist die Differenz der Energie abgeleitet nach der Zeit. Bei einer kürzeren Zeit muss also der Arbeitsstrom größer sein, um die gleiche Energiemenge nur in halber Zeit bereitzustellen.
Last changed10 months ago