Gymnasium am Markt Hettstedt Physik in der gymnasialen Oberstufe
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Gymnasium am Markt Hettstedt Physik in der gymnasialen Oberstufe
Abiturtraining Physik Thermodynamik 2 Kinetische Statistik - Grundlagen 1) Bestimmen Sie die Temperatur des Kraftstoff-Luft-Gemisches im Zylinder eines Verbrennungsmotors am Ende des Verdichtungstaktes. Der Druck des Gemisches im Zylinder beträgt vor der Kompression p1 74 kPa der Kompression und nach der Kompression p2 820 kPa . Die Temperatur des Gemisches beträgt vor T1 315 K . Der Motor hat ein Verdichtungsverhältnis von VGroß 6,3 . Vklein 2) Zur experimentellen Bestimmung von spezifischen Konstanten eines Gases wurde mit Hilfe der dargestellten Versuchsanordnung die angegebene Messwertreihe aufgenommen. Thermometer Manometer Luftgefüllter Glaskolben Messwerte p = 1515 hPa = konstant Nr. V in ml T in K 1 300 296 2 310 306 3 320 316 4 330 326 5 340 335 6 350 345 7 360 355 8 370 365 Kolbenprober Heizplatte Bei diesem Experiment, ausgehend vom Messwertpaar Nr. 1 bis zum Messwertpaar Nr. 8, wurde die Heizplatte 2 Minuten lang mit einer Spannung von 12 V betrieben. Dabei wurde eine Stromstärke von 43 mA gemessen. Da der Kloben leicht beweglich war, konnte ein konstanter Druck gewährleistet werden. Berechnen Sie aus diesen Messwerten die spezifische Wärmekapazität c p der eingeschlossenen Luftmenge bei p = konst. ( Rs 287J kg1 K 1 ) unter der Annahme, dass 60% der aufgewandten elektrischen Energie zur Erwärmung der Luftmenge genutzt wurden. 3) Die Abbildungen zeigen einen an einem Ball ohne Hilfsmittel ablaufenden Prozess, der in Widerspruch mit den Erfahrungen steht! a) Erläutern Sie an Hand dieses Beispiels die Begriffe „reversibler Prozess“ und „irreversibler Prozess“! Erläutern Sie, welche physikalische Größe die Beurteilung solcher Prozesse gestattet. b) Berechnen Sie die Entropieänderung, die beim Schmelzen von 1 kg Eis aus Wasser von 0°C auftritt. c) Berechnen Sie die Entropieänderung, die ein 420 g schwerer Ball erzeugt, wenn er bei 0°C aus einer Höhe von 7m frei fällt. t1 = 0 < t2 < t3 < t4 < t5 4) Der „Ölfleck – Versuch“ Zur Abschätzung der Größenordnung von Moleküldurchmessern und der Avogadro - Konstanten dient der „Ölfleckversuch“. a) Erläutern Sie den Aufbau des Versuchs, und beschreiben Sie knapp dessen Durchführung. Beschreiben Sie die dem Versuch zu Grunde liegenden vereinfachenden Annahmen. Bei der Durchführung des Ölfleckversuchs ergaben (Volumenverhältnis: dem Radius 2 cm3 des Gemisches aus Öl und Leichtbenzin 1: 2000 ) 120 Tropfen . Ein Tropfen erzeugte einen kreisförmigen Fleck mit 6,0 cm . (Daten der Ölsäure: 0,90 kg dm3 ; relative Molekülmasse: 282 ) b) Schätzen Sie durch Rechnung aus diesen Messwerten den Durchmesser eines Ölsäuremoleküls und dessen Volumen ab. Schätzen Sie mithilfe dieser Versuchsdaten die Größenordnung der Avogadro - Konstanten ab. 1 Abiturtraining Physik Thermodynamik 2 1 T2 = 554 K ( = 281°C ) 2 c p 1006 J kg1 K 1 3b S 1,2 kJ K 1 3c S 0,11 J K 1 4 r1Molekül 3,6839 10 10 m NA 6,022 1023 mol1 2