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Physik Übung Woche 8
Physik für Naturwissenschaftler (01-04-PhyN-V)
Universität Bremen
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PhysikfürProduktionstechnik 10.
Übungsblatt
08 BarometervonTorricelli
DeritalienischePhysikerEvangelistaTorricelli(1608-1647)hateinSystementwickelt,umpräzise denatmosphärischenDruckzumessen. EshandeltsichdabeiumeinenFlüssigkeitsbarometer.
Erhateinlanges,einseitigoffenesGlasrohrvollständigmit Quecksilber (Hg) gefüllt und anschliessend mit der Öff- nungnachuntenineineebenfallsmitQuecksilbergefüllte Schalegetaucht(s. Schema). ImGleichgewichtkompen- siertderatmosphärischeDruckPatm dieSchwerkraftder sich einstellende Quecksilbersäule, so dass ihre Höhe h relativzumFlüssigkeitspegelinderSchaleeineMessung desDruckesdarstellt.
1)
Beweise,dassfürQuecksilber(miteinerDichtevon13/cm 3 )dieHöhederSäule h760mm beträgt.
- Wie hoch ist die Flüssigkeitssäule, wenn das Experiment mitWasser (mit Dichte 1 g/cm 3 ) statt mitHgdurchgeführtwird?
08 ZustandsänderungenidealerGase-Wetterballon
EinWetterballon,derprallgefülltdasVolumenVmax= 50m 3 erreichenkann,wirdamErdboden mit Helium bis zu einem Druck P 1 = 1bar und einem Volumen V 1 = 16 Vmax gefüllt. Die TemperaturdesGasesamAnfang,imGleichgewichtmitderUmgebung,istT 1 = 7◦C.
WievielMolundwelcheMasseHeenthältderBallonamErdboden?
DerBallon steigtadiabatischauf undexpandiert dabei, bisder AußendruckderAtmosphäre, im GleichgewichtmitdemInnendruckdesGases, denWertP 2 = 0. 2 atm erhält. Wievielbetragen nundasVolumenV 2 desBallonsunddieTemperatur T 2 desGasesdarin?
Unter konstantem Druck heizt nun die Sonneneinstrahlung den Ballon auf, bis er das maximale Volumen Vmax erreicht. AufwelchenWertT 3 steigtdabeidieGastemperatur? WelcheWärme Q 2 → 3 hatdasGasaufgenommen?
SkizziereineinemP-V-DiagrammdenVerlaufderZustandsänderungen 1 → 2 und 2 → 3.
Prof. LucioColombiCiacchi Seite1von
PhysikfürProduktionstechnik 10.
08 IdealisierterOtto-Motor
EinMolvoneinemmonoatomarenidealenGasbefindetsichineinemverschiebbarenKolbenmit VolumenV 1 und TemperaturT 1. Das Gas durchgeht folgenden Kreisprozess (idealisierterOtto- Prozess):
1 → 2 : adiabatischeKompressionbisReduzierungdesVolumensauf 18 V 1
2 → 3 : isochoreErwärmungbiszueinerTemperaturgleich 8 T 1 ;
3 → 4 : adiabatischeExpansionbiszumursprünglichenVolumenV 1 ;
4 → 1 : isochoreKühlungbiszurursprünglichenTemperaturT 1.
1)
Zeichne den Kreisprozess in einem P-V-Diagramm (Druck als Funktion des Volumens) schema- tischauf. Berechne,mithilfederidealenGasgleichung,dieWertedesDrucksP,desVolumensV undderTemperaturTinallenvierEckpunktendesKreisprozessesalsFunktionvonV 1 undT 1.
Kennzeichne graphisch in dem skizzierten Diagramm die vom Kolben verrichtete Arbeit. Zwis- chenwelchenPunktendesKreisprozesseswirdWärmemitderUmgebungausgetauscht?Berechne diedemSystemhinzugefügtesowiedievomSystemabgegebeneWärmezwischendiesenPunk- ten.
Da es um einen idealen, also reversiblen Kreisprozess geht,gilt es, dass die verrichtete Arbeit gleichderSummederausgetauschtenWärmebeträge,mitihrenjeweiligenVorzeichen,ist. Nutze dieseInformation,umzubeweisen,dassderWirkungsgradηdesKreisprozessesist
η= 1−
T 4 −T 1
T 3 −T 2
.
BerechneηfürdieobenermitteltenTemperaturen.
Prof. LucioColombiCiacchi Seite2von
Physik Übung Woche 8
Kurs: Physik für Naturwissenschaftler (01-04-PhyN-V)
Universität: Universität Bremen
