Erklären Sie die Unterschiede zwischen den spezifischen Wärmekapazitäten cp und cv
Wie viel Wärme ist einem Gegenstand zuzuführen, damit er eine Temperaturerhöhung von 1 Grad erfährt
cp: die spezifische Wärmekapazität bei konstantem Druck
cv: die spezifische Wärmekapazität bei konstantem Volumen
Warum ist cp immer größer als cv?
Konstantes Volumen (cv): zugeführte Wärme erhöht nur die innere Energie
Kanstanter Druck (cp): Gas kann sich ausdehnen, zusätzlich zur inneren Energie wird Arbeit gegen den äußeren Druck verrichtet
cp=cv+R
Wie kann man die Wärmekapazitäten cp und cv experimentell bestimmen?
Welche Beziehung besteht zwischen cp und cv für ein ideales Gas und wie nennt man diese Beziehung?
—> die spezifische Wärmekapazität ist für ein ideales Gas immer um den Betrag der universellen Gaskonstante größer
Was sind die Hauptannahmen der Bernoulli-Gleichung?
Strömung ist stationäre -_> Strömungseigenschaften konst.
….inkompressibel —> Dichte bleibt konst.
verlustfrei
Welche physikalischen Prinzipien liegen der Herleitung der Bernoulli-Gleichung zugrunde?
Energieerhaltung
Newtons 2. Gesetz
Arbeit und Energie
Kontinuitätsgleichung
Welche praktischen Einschränkungen gibt es bei der Anwendung der Bernoulli-Gleichung in realen Strömungen?
Reibung und Wärmeverluste (z. B. in realen Rohrsystemen)
Nicht geeignet für Gasströmungen mit starker Kompression
Gültigkeit nur entlang derselben Stromlinie (stationäre Strömung)
Formulieren Sie den 2. Hauptsatz der Thermodynamik für geschlossene Systeme.
Energieumwandlung immer vom wärmeren zum kälteren System
Entropie kann nur zunehmen oder gleich bleiben
Wärme kann nicht vollständig in Arbeit umgewandelt werden
Prozesse, bei denen reibung existiert, sind irreversibel
Welche Rolle spielt die Entropie in geschlossenen Systemen?
In einem geschlossenen System kann die Entropie niemals abnehmen
Die Natur strebt nach größtmöglicher Entropie
Beschreibt Energiefluss innerhalb eines Systems
Erklären Sie, wie der 2. Hauptsatz der Thermodynamik die Richtung von Energieübertragungen in geschlossenen Systemen bestimmt.
—> Die Entropie nimmt niemals ab daraus resultierd eine Erhöhung dieser
einige Energieübertragungen werden dadurch verhindert
Grundlage für viele irreversible thermodynamische Prozesse
Wie lautet der 2. Hauptsatz der Thermodynamik für offene Systeme?
—> Entropie nimmt zu oder bleibt gleich
Irreversible Prozesse laufen durch eine Zunahme der Entropie ab
Welche Bedeutung hat die Entropieproduktion in offenen Systemen? (Seite 277 in „10.2-HS“)
Was versteht man unter Entropieproduktion in offenen Systemen und wie wird sie berechnet?
—> Aufgrund von irreversiblen Prozessen erzeugter Entropie
Diff. aus Entropiezu- und abflüssen
Definieren Sie Entropie und erläutern Sie ihre Bedeutung in adiabatischen und nicht adiabatischen Systemen.
adiabatsiche:
reversibl= Entropie konst.
irreversibel= nimmt zu
nicht adiabatsich
Kann durch Wärmeübertragung zu- oder abnehemn
Wie verändert sich die Entropie in einem abgeschlossenen adiabatischen System?
Reversibel: ΔS = 0
Irreversibel: ΔS > 0
Welche praktischen Beispiele illustrieren den Begriff der Entropie?
Expanison eines Gases in einem Vakuum —> Gas nimmt mehr Platz eien und die Unordnung zunimmt
Formulieren Sie den 3. Hauptsatz der Thermodynamik.
Die Entropie ist am absoluten Nullpunkt =0
Welche Konsequenzen hat der 3. Hauptsatz der Thermodynamik bei Temperaturen nahe dem absoluten Nullpunkt?
Thermodynamische Eingenschaften von Materialien werden stark beeinflusst
Es treten quantenmechanische Effekte auf
Welche physikalischen Phänomene werden durch den 3. Hauptsatz der Thermodynamik beschrieben?
spezifische Wärme von Festkörpern
abnehmende Wärmekapazität bei tiefen temperaturen
überleitende Eigenschaften von Supraleitern
Warum ist es unmöglich, den absoluten Nullpunkt zu erreichen, gemäß dem 3. Hauptsatz der Thermodynamik?
praktische Prozesse sind immer mit irreversiblen Verlusten verbunden
es würde eine unendliche Zeit erfordern und unendlich viele Prozesse um die gesamte Entropie aus dem System zu entfernen
Was versteht man unter Wärmeleitfähigkeit und wie wird sie gemessen?
Fähigkeit ein Wärme zu leiten
Wärmemenge die durch eine Materialprobe mit bekannten Abmessungen bei gegebener Tempearturdiff.
Erläutern Sie die Mechanismen des Wärmetransports.
Wärmeleitung: Der Energieaustausch zwischen Teilchen durch direkte Kollisionen
Konvektion: Der Energietransport durch Bewegung von Fluiden.
Strahlung: Der Energietransport durch elektromagnetische Wellen.
Welche Materialien haben besonders hohe Wärmeleitfähigkeiten und warum sind sie wichtig in der Technik?
Kupfer, Silber, Aluminium
wichtig für Kühlkörper, Wärmetauscher und thermische Management Anwendungenessentiell
Wie beeinflusst die Materialstruktur die Wärmeleitfähigkeit?
Gitterstruktur, Atomabstände, Defekte
Kristalline Strukturen mit weniger Defekten leiten Wärme besser als amorphe oder defektreiche Materialien
Erklären Sie den Unterschied zwischen der homogenen und der nicht-homogenen Wärmeleitungsgleichung.
homogen: konst. Materialeigenschaften und keine Wärmequelle
nicht-homogen:variable Materialeigenschaften oder interne Wärmequellen
Welche Rolle spielt die Diffusion in der Wärmeübertragung?
Mechanismus durch den Wärmeenergie innerhalb eines Mediums aufgrund von Temperaturunterschieden übertragen wird.
Formulieren Sie das Fouriersche Wärmeleitungsgesetz.
dreidimensional
eindimensional
Unterscheiden Sie zwischen freier und erzwungener Konvektion.
Freie Konvektion: Entsteht durch Dichteunterschied im Fluid
Erzwungene Konvektion: Wird durch externe Mittel wie Pumpen oder Ventilatoren angetrieben
Erklären Sie den thermodynamischen Carnot - Kreisprozess
theoretisch idealer Vergleichsprozess
Wärme wird reversibel in Arbeit umgewandelt und umgekehrt
Carnot-Wirkungsgrad höchster Wirkungsgrad ist der höchste zu erreichende Wirkungsgrad von Kreisprozessen
Kann in der Praxis NICHT erreicht werden, weil immer irreversibilität
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