Volumenarbeit; Energie

Synthesys · Anmeldungsdatum: 07.01.2012 Beiträge: 1

Meine Frage:
Gute morgen smile

ich habe leider einige probleme bei einer physikaufgabe:
(es sind 2 aufgaben aber jeweils nur teile davon)
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11.1 Heißer Punsch
An einerm verschneiten Winterabend bereiten Sie für sich & ein paar Freunde einen Punsch zu & verwenden zum erhitzen eine Herdplatte mit 500 w leistung.

a) (gelöst) Wie lange dauert es, bis die Temperatur von To=21 °C auf T1 = 73 °C angestiegen ist ?

b) Welche masse m von eis aus dem Gefrierschrank (T_eis = -18°C ) müssen sie in eine Tasse mit 0.25 l inhalt geben, damit der Punsch eine Temperatur von T2=55°C hat ?

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11.2
Fahrradreifen aufpumpen

ein völlig platter fahrradreifen (innendruck = außendruck = 1atm) wird be einer Lufttemperatur von 0°C auf 4 bar aufgepumpt. das luftvolumen des aufgepumpten reifens beträgt 2.5 l

a) (gelöst)
welche temperatur hat die luft im reifen, wenn man davon ausgeht dass kein temperaturausgleich währrend des pumpvorgangs stattgefunden hat ?

b)
welche machanische arbeit war zum aufpumpen nötig ? ; wie viel gramm zucker müssen sie essen, um dem körper die notwendige energie zuzuführen ?

c)
welcher überdruck herrscht im reifen, nachdem sich die luft im reifen auf die umgebungstemperatur abgekühlt hat ?

Meine Ideen:
also 11.1 a
hab ich rausbekommen, dass es 14.49 min dauert um den punsch aufzuheitzen ...

b)
die schmelzenthalpie von eis beträgt 333 j/g
C(wasser)= 4.18 J/g*k
C(eis)=2.06 J/g*k
irgendwie komm ich aber nicht so richtig drauf wie ich damit auf die gesuchte größe komme ...

11.2:

a) ich bekomme eine temperaturdifferenz von 133.25 k raus ... (was mir etwas viel erscheint ...!)
also T = 406.25 k

gerechnet hab ich das forlgendermaßen:

p0*v0^k = p1*v1^k mit k = 1.402 (trockene luft)
ergibt dann für v0: 6.72 l

eingesetzt in die gleichung

p0*v0/t0 = p1*v1/t1

bekomm ich dann das o.g. ergebnis ... aber ich probier das jetzt nochmal über das molvolumen des gases (22.4 l ) vlt bekomme ich dann ja etwas schöneres raus ...

b) ich weis zwar dass die arbeit das integral des volumens *p (p*dv) ist aber das hilft mir nicht wirklich weiter ...

c)
hier hab ich keine ahnung wie man vorgehen soll xD
gut bisher hab ich mich auch noch nicht wirklich damit beschäftigt weil ich die b) noch nicht habe ..

gast 7 · Gast

11.1 a stimmt

11.2 b Beim Abkühlen vom Wasser wird Energie frei 18800J bitte nachrechnen

Damit wird das Eis erwärmt dann geschmolzen und das geschmolzene Eis auf 55°C erwärmt

18800=2060*x*18+333000*x+4180*x*55 x=Masse des Eises in kg

Einheiten noch dazuschreiben

Der Rest kommt noch

Synthetix · Anmeldungsdatum: 07.01.2012 Beiträge: 3

ah ok auf die idee es so zu rechnen wäre ich nicht so einfach gekommen Big Laugh

das eis muss zuerst von -18 auf 0 °C erwärmt werden:
2.06 J/g*k *18 K *m

dann schmelzen:
333 J/g * m

& dann auf 55 °C erhitzt werden:
4.18 j/g*k * 55k * m

ergibt dann:
2.06 J/g*k *18 K *m + 333 J/g * m + 4.18 j/g*k * 55k * m = 18810 j
m = 31.351 g

huch ich seh grad du hast nichts vernachlässigt sondern ich hab falsch abgelesen xDD Hammer

sry alles richtig so wie dus geschreiben hast danke smile

gast 7 · Gast

11.2

a stimmt.Ich vermute aber,daß es sich bei den 4bar um Überdruck handelt

Also auf 5bar aufpumpen 432K

b Hier muß man einfach die innere Energie betrachten.Dazu braucht man die Stoffmenge

pV=nRT n=0.35mol

U1=5/2nRT1 und U2=5/2nRT2 DeltaU=U2-U1

diabatisch bedeutet DeltaU=DeltaW ca.1150J (Zucker ist dann einfach)

c isochor p1/T1=p2/T2 2.2Über

Synthetix · Anmeldungsdatum: 07.01.2012 Beiträge: 3

ok das verstehe ich jetzt nich ganz ....

(ich hab nicht mit 4 bar überdruck gerechnet sondern micht 4 bar Big Laugh

)
also bekomme ich für die temp. 406.25 K raus ....

aber wenn ich dann einsetze:
bekomme ich zunächst 0.3 mol raus ...

& jetzt komme ich nicht wirklich weiter:

5/2*0.3 * R * t1 | t1 = 273 K
ergibt 16.8
5/2*0.3 * R * t2 | t2 = 406.25 K
ergibt 25

dU ist demnach dann 8.2 KJ ? kann das stimmen ?

angenommen ich hab jez nichts verkehrtes gemacht:

wie mahc ich dann mit der c weiter ?

hier hab ich das problem, dass sich bei sinkender temperatur auch das volumen ändert ...
(& nicht nur der druck... )

sry für die vielen fragen aber ich komme gerade nicht wirklich weiter unglücklich

gast 7 · Gast

Bei 4bar Innendruck ist n=0.3mol.Ich hatte komplett mit 5 bar gerechnet

Ohne Einheiten wäre

DeltaU=5/2*0.3*8.3*(406-273)=830

Das heißt 830J ist die gesuchte mechanische Arbeit

bei c ist der Vorgang isochor dh das Volumen ändert sich nicht

p2/T2=p1/T1 p2=2.7bar bzw 1.7bar Überdruck

Synthetix · Anmeldungsdatum: 07.01.2012 Beiträge: 3

vielen dank Big Laugh

wenn ichs mir so anschaue ist ja alles ziemlich einfach
nur komme ich nicht draf woher ich weis, dass z.B. der vorgang isobar ist
bzw welche formeln ich verwenden kann, ... Big Laugh

aber ich denke ich steige so langsam dahinter smile

gast3 · Gast

Hallo eine Frage:
Laut deinem Ergebnis hast du für die DeltaU=2,5nRT2-2,5nRT1

Du hast für U1 und U2 also die gleiche Stoffmenge verwendet. Wie kann man aber ein größeres Volumen UND einen höheren Druck bei gleicher Teilchenzahl haben??
Dass macht meiner Meinung nach keinen Sinn, denn man punpt ja Luft in den Reifen, sprich man erhöht die Anzahl n der Luftteilchen im Reifen.

gast 7 · Gast

@gast3

Die Frage ist berechtigt

Normalerweise hat man einen Kolben, der ein Gas von einem großen Volumen in ein kleines komprimiert.Die Stoffmenge bleibt konstant

Interessanterweise haben wir beim Fahradreifen genau das gleiche

Man muß sich nur ein Riesenluftpumpe vorstellen,die die Luft mit einem Pumpvorgang in den Reifen bringt

Ja die Stoffmenge in Rad hat zugenommen aber das ist bei dem Kolbenbeispiel oben auch so
Denn in dem kleinen Volumen ist die Stoffmenge nach dem komprimieren auch großer als vorher

Hoffe ich konnte helfen

Sirius02 · Anmeldungsdatum: 20.10.2022 Beiträge: 311

bei der 11.2 bin ich iwie zu doof nach vo umzustellen. Irgendwie bekomme ich das k nicht runter...

Sirius02 · Anmeldungsdatum: 20.10.2022 Beiträge: 311

und wie komme ich die stoffmenge? also verstehe den ansatz mit der Idealengasgleichung, aber welche werte gebe ich da jeweils ein? weil ich komme nicht auf 0,35

Nils Hoppenstedt · Anmeldungsdatum: 08.01.2020 Beiträge: 2019