Aufgabe 14: Spezifische Wärme
Fur einen Energiespeicher, der Wärme speichern soll, stehe wahlweise das gleiche Volumen
Wasser oder Glycerin zur Verfügung. Die Flüssigkeiten sollen im Behälter nur unter
Atmosphärendruck stehen. Ein Sieden ist zu vermeiden. Umgebungstemperatur ist 20°C.
1. Mit welcher der beiden Flussigkeiten kann man mehr Energie speichern?
2. Warum verwendet man fur Warmespeicher (z.B. in Ofen) gerne Feststoffe (z.B.Steine oder Keramiken)?
Hinweis: Die Dichten sind: pGlycerin = 1260 kg/m3 und pWasser = 1000 kg/m3
Spezifische Wärmekapazitaten: cGlycerin = 2,4*10³ J/kgK und cWasser = 4,2* 10³ J/kgK
Die Siedepunkte liegen bei: Tmax;Glycerin = 290°C und Tmax;Wasser = 100°C.
Berechnen Sie die Energiedichte = Energie / Volumen.
Lösung:
1.)
2.) Feststoffe haben eine höhere Dichte als Flüssigkeiten und Gase und dementsprechend eine höhere Spezifische Wärmekapazität. Außerdem sind sie besser zu verbauen, da man Flüssigkeiten irgendwie in einem Gefäß speichern muss. Keramik und Stein sieden später und verfliegen somit nicht.
Aufgabe 15: Mischungsmethode schriftlich (3 Punkte)
Beim Abschrecken von Stahl in Öl wird Wärme aus dem Stahl an das Öl Übertragen. Es
seien die Temperaturen, Massen und spezifische Wärmekapazitaten gegeben mit
TStahl 800°C und TÖl 20°C
mStahl 100kg und mÖl 2000kg
c
Stahl 0,478 10 J/kg K und c Öl 1,97 10 J/kg K .
Berechnen Sie die gemeinsame Temperatur des Stahls und des Öls nach dem Wärmeaustausch.
Näherung: Eine Wärmeabgabe an die Umgebung vernachlässigen Sie bitte.
Benutzen Sie nur SI-Einheiten (Kelvin).
Lösung:
Verständnisaufgabe 19: Temperatur
Welche Umrechnung von Temperaturwerten der Celsiusskala in Temperaturwerte der Kelvinskala
trift nicht zu?
(A) + 20° C ≈ 293 K
(B) - 100° C ≈ 73 K
(C) - 273° C ≈ 0 K
(D) + 253° C ≈ 526 K
(E) 0° C ≈ 273 K
Lösung:
Der Umrechnungsfaktor von Kelvin in °C ist ≈273 ==> -100°C sind 173K oder 73K sind -200°C
Verständnisaufgabe 20: Längenausdehnung
Wie groß ist die Längenänderung einer Eisenstange von 5 m Länge bei Erwärmung von
20 auf 120° C? Setzen Sie den linearen thermischen Ausdehnungskoeffzienten von Eisen
zu = 1,2 *10^-5 K^-1.
(A) 0,06 mm
(B) 0,36 mm
(C) 1,2 mm
(D) 6,0 mm
(E) 7,2 mm
Lösung:
Verständnisaufgabe 21: Wärmeenergie schriftlich (1 Punkt)
Wie viel Energie benötigt man, um 2 Liter Wasser von T = 20° C auf T = 40° C zu
erwärmen? cWasser = 4; 2 kJ/(kg*K)).
(A) 40 kcal
(B) 40 cal
(C) 168 kJ
(D) 168 J
(E) 168 W
Lösung:
==>40 kcal
Zusatzaufgabe: Anwendung der Kontinuitats- und Bernoulligleichung
Zwei waagrechte PVC-Rohre einer Trinkwasserleitung sind durch einen Reduzierkegel
miteinander verbunden. Das weitere Rohr besitzt den Innendurchmesser d1 = 67,8 mm.
Das engere Rohr hat den Innendurchmesser d2 = 42,6 mm. Die Strömungsgeschwindigkeit
im weiteren Rohr beträgt v1 = 2,67 m/s bei einem statischen Druck p1 = 8120 hPa.
1. Welche Geschwindigkeit v2 besitzt das Wasser im engeren Rohr?
2. Welcher statische Druck p2 herrscht im engeren Rohr bei idealer Strömung?
Lösung:
Die linke Formel am Ende ist falsch, da Richtige steht rechts daneben!!
