Ankündigung

Einklappen
Keine Ankündigung bisher.

Thermodynamik - Carnot Prozess und andere Tücken

Einklappen
X
  • Filter
  • Zeit
  • Anzeigen
Alles löschen
neue Beiträge

  • Thermodynamik - Carnot Prozess und andere Tücken

    Hallo,

    schreibe morgen meine erste Klausur in physikalischer Chemie mit dem Thema Thermodynamik und bin ob der Übungsaufgaben gerade am Verzweifeln.
    Leider weiß ich bei einigen einfach nicht mehr weiter.
    Vielleicht könnten ihr mir da ein wenig helfen ?


    1. So mein erstes Problem ist der Zusammenhang zwischen Enthalpie,Innerer Energie und Volumenarbeit

    dH = dU + pdV

    Das wäre schonmal die Formel dafür, allerdings ist mir zum einen nicht klar wie ich daraus einen Zusammenhang ableiten kann und zum anderen soll ich das ganze auch noch graphisch darstellen.



    2.Im reversiblen Carnot Prozess werden 1mol eines idealen Gases zunächst im
    Hoch- Temperatur Wärmereservoir bei 600 °C von 3,5 l auf 10 l expandiert. Das Nieder-Temperatur Wärmereservoir hat eine Temperatur von 150 °C.
    a) Berechnen Sie die beiden Grenzwerte des Volumens für das kältere Reservoir

    Wie stellt man das an? Ich hab nicht mal eine Idee wie ich hier rechnen könnte. Genauso geht es mir bei den nächsten Teilschritten

    e ) Könnte man durch Erhöhung der Temperaturdifferenz beider Wärmereservoirs auch die Nutzarbeit des gesamten Prozesses erhöhen? Kurze Erklärung!


    Ich nehme mal an dass ja, da die Nutzarbeit ja die Differenz der isothermen Volumenarbeiten ist die verrichtet wird.
    Und durch Erhöhung der Temperaturdifferenz dürfte auch da die Differenz größer werden.


    f) Wie groß ist die Wärmemenge, die dem Wärmereservoir(=Wärmetauscher,gibt dem Kreisprozess Wärme) entzogen werden muss, um 1 kJ Arbeit auf die Umgebung zu übertragen?

    ( Dazu noch die Frage: Mir ist noch nicht so ganz klar wozu man die Wärmeaustausche beim Carnot Prozess braucht)


    Vielen Dank schonmal im vorraus
    Die 2 Seiten der Medaille
    Alles hat zwei Seiten, wer seine Augen öffnet wird beide sehen, wird die Realität erkennen.
    Doch wer seine Augen verschließt wird nur eine Seite sehen können, wird nur das Schlechte in allem sehen.
    ein netter kleiner Sinnspruch.....

  • #2
    Zitat von Sam Fan Beitrag anzeigen
    So mein erstes Problem ist der Zusammenhang zwischen Enthalpie,Innerer Energie und Volumenarbeit

    dH = dU + pdV

    Das wäre schonmal die Formel dafür, allerdings ist mir zum einen nicht klar wie ich daraus einen Zusammenhang ableiten kann und zum anderen soll ich das ganze auch noch graphisch darstellen.
    Das ist nur eine allgemeine Formel, die dasselbe sagt wie H = U + pV. Für die graphische Darstellung müsstest du sagen, was die unabhängigen Variablen sein sollen und die Enthalpie für ein System konkret angeben.

    Zitat von Sam Fan Beitrag anzeigen
    Im reversiblen Carnot Prozess werden 1mol eines idealen Gases zunächst im
    Hoch- Temperatur Wärmereservoir bei 600 °C von 3,5 l auf 10 l expandiert. Das Nieder-Temperatur Wärmereservoir hat eine Temperatur von 150 °C.
    a) Berechnen Sie die beiden Grenzwerte des Volumens für das kältere Reservoir
    Vielleicht ist das hier gemeint (Wikipedia):
    sotherme Kompression

    Im Kontakt mit dem kalten Wärmereservoir wird dem Arbeitsgas bei konstanter Temperatur (isotherm) eine Wärmemenge Q1,2 entzogen. Dies führt zu einer Verringerung des Volumens von V1 zu V2.
    Zitat von Sam Fan Beitrag anzeigen
    e ) Könnte man durch Erhöhung der Temperaturdifferenz beider Wärmereservoirs auch die Nutzarbeit des gesamten Prozesses erhöhen? Kurze Erklärung!
    Der Wirkungsgrad des Carnot-Prozesses ist gleich dem Ausdruck (T.warm-T.kalt)/T.warm, d.h. durch Erhöhung der Temperaturdifferenz müsste man die Nutzarbeit erhöhen können.


    Zitat von Sam Fan Beitrag anzeigen
    Ich nehme mal an dass ja, da die Nutzarbeit ja die Differenz der isothermen Volumenarbeiten ist die verrichtet wird.
    Und durch Erhöhung der Temperaturdifferenz dürfte auch da die Differenz größer werden.
    Sieht so aus: Carnot-Kreisprozess ? Wikipedia
    Die nutzbare Arbeit berechnet sich aus:

    W = − Q.

    Für den Carnot-Prozess erhält man somit:
    usw.


    Zitat von Sam Fan Beitrag anzeigen
    Wie groß ist die Wärmemenge, die dem Wärmereservoir(=Wärmetauscher,gibt dem Kreisprozess Wärme) entzogen werden muss, um 1 kJ Arbeit auf die Umgebung zu übertragen?
    Das sollte sich aus dem Wirkungsgrad ergeben. Wenn der Wirkungsgrad = eta ist, müsste das dann Q = 1kJ/eta sein.

    Zitat von Sam Fan Beitrag anzeigen
    Dazu noch die Frage: Mir ist noch nicht so ganz klar wozu man die Wärmeaustausche beim Carnot Prozess braucht
    Mehr als
    Die Differenz zwischen aufgenommener und abgegebener Wärme entspricht im reversiblen Fall der vom Kreisprozess im T-s-Diagramm eingeschlossenen Fläche. Sie ist genau gleich der insgesamt gewonnenen mechanischen Arbeit. Das Gas erreicht nach vollständigem Durchlauf des Prozesses wieder den Ausgangszustand
    fällt mir dazu momentan nicht ein.

    Kommentar


    • #3
      Zitat von Sam Fan Beitrag anzeigen
      Hallo,

      schreibe morgen meine erste Klausur in physikalischer Chemie mit dem Thema Thermodynamik und bin ob der Übungsaufgaben gerade am Verzweifeln.
      Leider weiß ich bei einigen einfach nicht mehr weiter.
      Vielleicht könnten ihr mir da ein wenig helfen ?


      1. So mein erstes Problem ist der Zusammenhang zwischen Enthalpie,Innerer Energie und Volumenarbeit

      dH = dU + pdV

      Das wäre schonmal die Formel dafür, allerdings ist mir zum einen nicht klar wie ich daraus einen Zusammenhang ableiten kann und zum anderen soll ich das ganze auch noch graphisch darstellen.
      H ist zwar gleich U +pV, aber in der DIfferentialgleichung müsste eigentlich
      dH = dU + pdV + Vdp stehen.
      Welchen Zusammenhang sollst du ableiten?


      2.Im reversiblen Carnot Prozess werden 1mol eines idealen Gases zunächst im
      Hoch- Temperatur Wärmereservoir bei 600 °C von 3,5 l auf 10 l expandiert. Das Nieder-Temperatur Wärmereservoir hat eine Temperatur von 150 °C.
      a) Berechnen Sie die beiden Grenzwerte des Volumens für das kältere Reservoir

      Wie stellt man das an? Ich hab nicht mal eine Idee wie ich hier rechnen könnte. Genauso geht es mir bei den nächsten Teilschritten

      e ) Könnte man durch Erhöhung der Temperaturdifferenz beider Wärmereservoirs auch die Nutzarbeit des gesamten Prozesses erhöhen? Kurze Erklärung!
      Der Wirkungsgrad einer Wärmekraftmaschine ist ja mit etta = 1 - T(warm)/T(kalt) zu berechnen. Die Gesamtarbeit ist w = R* (T(kalt) - T(warm))* ln p2/p1


      f) Wie groß ist die Wärmemenge, die dem Wärmereservoir(=Wärmetauscher,gibt dem Kreisprozess Wärme) entzogen werden muss, um 1 kJ Arbeit auf die Umgebung zu übertragen?
      Wirkungsgrad etta = w (gesamt) / Q

      ( Dazu noch die Frage: Mir ist noch nicht so ganz klar wozu man die Wärmeaustausche beim Carnot Prozess braucht)
      Sonst kannst du es nicht isotherm expandieren und komprimieren.


      Vielen Dank schonmal im vorraus [/QUOTE]

      Kommentar


      • #4
        Zitat von Dannyboy Beitrag anzeigen
        Sonst kannst du es nicht isotherm expandieren und komprimieren.
        Das versteht sich von selbst. Nur, warum expandiert und komprimiert man isotherm, warum nicht adiabatisch oder sonstwie? Das Argument müsste in die Richtung gehen, dass andere Kreisprozesse keinen höheren Wirkungsgrad erreichen als der Carnotsche Kreisprozess.

        Kommentar


        • #5
          Zitat von irony Beitrag anzeigen
          Das ist nur eine allgemeine Formel, die dasselbe sagt wie H = U + pV. Für die graphische Darstellung müsstest du sagen, was die unabhängigen Variablen sein sollen und die Enthalpie für ein System konkret angeben.
          Wir haben leider nicht mehr gegeben als ich geschrieben haben, deswegen bin ich ja so verwirrt.

          Zitat von irony Beitrag anzeigen
          Der Wirkungsgrad des Carnot-Prozesses ist gleich dem Ausdruck (T.warm-T.kalt)/T.warm, d.h. durch Erhöhung der Temperaturdifferenz müsste man die Nutzarbeit erhöhen können.
          Ok, Vielen Dank


          Zitat von irony Beitrag anzeigen
          Das sollte sich aus dem Wirkungsgrad ergeben. Wenn der Wirkungsgrad = eta ist, müsste das dann Q = 1kJ/eta sein.

          Auf die Gefahr hin dass ich dumm wirke.... warum ist das so. Ich würde gerne verstehen warum ich das so rechne?

          Zitat von Dannyboy Beitrag anzeigen
          H ist zwar gleich U +pV, aber in der DIfferentialgleichung müsste eigentlich
          dH = dU + pdV + Vdp stehen.
          Welchen Zusammenhang sollst du ableiten?
          Unser Prof meinte wir könnten Vdp weglassen, da dass in der thermodynamik nicht wichtig ist, weil nur die Volumenarbeit relevant ist.


          Zitat von Dannyboy Beitrag anzeigen
          Der Wirkungsgrad einer Wärmekraftmaschine ist ja mit etta = 1 - T(warm)/T(kalt) zu berechnen. Die Gesamtarbeit ist w = R* (T(kalt) - T(warm))* ln p2/p1



          Wirkungsgrad etta = w (gesamt) / Q
          Also bei uns steht WIrkungsgrad, als Nutzarbeit / zugeführte Wärme bei T(warm)
          Und enspricht die Nutzarbeit der Gesamtarbeit?
          Die 2 Seiten der Medaille
          Alles hat zwei Seiten, wer seine Augen öffnet wird beide sehen, wird die Realität erkennen.
          Doch wer seine Augen verschließt wird nur eine Seite sehen können, wird nur das Schlechte in allem sehen.
          ein netter kleiner Sinnspruch.....

          Kommentar


          • #6
            Zitat von Sam Fan Beitrag anzeigen
            warum ist das so. Ich würde gerne verstehen warum ich das so rechne?
            Die Wärmekraftmaschine leistet Arbeit, und die Energie dazu kommt aus dem Wärmereservoir. Wärme ist aber eine Energieform, die nicht vollständig, sondern nur zu einem Prozentsatz "eta" in andere Energieformen, z.B. mechanische Energieformen umgewandelt werden kann.

            D.h. man hat eine Wärmemenge Q (in kJ) die zu "eta" Prozent in Arbeit W (in kJ) umgewandelt wird. Also W = "eta" mal Q. Umstellen nach Q ergibt Q = W / "eta". In deinem Fall ist W = 1 kJ.

            Kommentar


            • #7
              Zitat von Sam Fan Beitrag anzeigen
              Auf die Gefahr hin dass ich dumm wirke.... warum ist das so. Ich würde gerne verstehen warum ich das so rechne?
              Die komplette Herleitung läuft doch über die Wegintegrale der vier Teilprozesse.


              Unser Prof meinte wir könnten Vdp weglassen, da dass in der thermodynamik nicht wichtig ist, weil nur die Volumenarbeit relevant ist.
              Naja, weil man meist isobare Prozesse betrachtet.
              Aber man kann es auch nichtdifferentiell betrachten.
              U ist die innere Energie, die das System durch seinen Zustand gegeben hat.
              Die Energie, die sich durch die Existenz des Systems ergibt.

              Aber das System ist nicht allein auf der Welt. pV ist der Term, der von der inneren Energie abgezogen werden musste, weil das System Platz in der Welt verbraucht. Quasi eine Art Raummiete.

              Die Enthalpie ist dann, was netto übrig bleibt.


              Also bei uns steht WIrkungsgrad, als Nutzarbeit / zugeführte Wärme bei T(warm)
              Und enspricht die Nutzarbeit der Gesamtarbeit?
              Ja, beim idealen Prozess ist die Gesamtarbeit die Nutzarbeit.
              Unterschiedliche Lehrbücher, unterschiedliche Begriffe.
              Benutzt du den Atkins?

              Kommentar


              • #8
                Zitat von irony Beitrag anzeigen
                Die Wärmekraftmaschine leistet Arbeit, und die Energie dazu kommt aus dem Wärmereservoir. Wärme ist aber eine Energieform, die nicht vollständig, sondern nur zu einem Prozentsatz "eta" in andere Energieformen, z.B. mechanische Energieformen umgewandelt werden kann.

                D.h. man hat eine Wärmemenge Q (in kJ) die zu "eta" Prozent in Arbeit W (in kJ) umgewandelt wird. Also W = "eta" mal Q. Umstellen nach Q ergibt Q = W / "eta". In deinem Fall ist W = 1 kJ.
                Ahh vielen Dank ich glaube jetzt versteh ichs

                Zitat von Dannyboy Beitrag anzeigen
                Naja, weil man meist isobare Prozesse betrachtet.
                Aber man kann es auch nichtdifferentiell betrachten.
                U ist die innere Energie, die das System durch seinen Zustand gegeben hat.
                Die Energie, die sich durch die Existenz des Systems ergibt.

                Aber das System ist nicht allein auf der Welt. pV ist der Term, der von der inneren Energie abgezogen werden musste, weil das System Platz in der Welt verbraucht. Quasi eine Art Raummiete.

                Die Enthalpie ist dann, was netto übrig bleibt.
                Oooook, ich hoffe einfach mal, dass ich damit für die Klausur morgen gewappnet bin.

                Zitat von Dannyboy Beitrag anzeigen
                Ja, beim idealen Prozess ist die Gesamtarbeit die Nutzarbeit.
                Unterschiedliche Lehrbücher, unterschiedliche Begriffe.
                Benutzt du den Atkins?
                Ich hab das Lehrbuch das ein Proff von der Uni geschrieben hat.
                Lehrbuch der Thermodynamik von Urlich Nickel im PhysChem Verlag. Ist sehr detailiert, eigentlich etwas zu detailliert
                Die 2 Seiten der Medaille
                Alles hat zwei Seiten, wer seine Augen öffnet wird beide sehen, wird die Realität erkennen.
                Doch wer seine Augen verschließt wird nur eine Seite sehen können, wird nur das Schlechte in allem sehen.
                ein netter kleiner Sinnspruch.....

                Kommentar


                • #9
                  Zitat von Sam Fan Beitrag anzeigen
                  Ahh vielen Dank ich glaube jetzt versteh ichs



                  Oooook, ich hoffe einfach mal, dass ich damit für die Klausur morgen gewappnet bin.



                  Ich hab das Lehrbuch das ein Proff von der Uni geschrieben hat.
                  Lehrbuch der Thermodynamik von Urlich Nickel im PhysChem Verlag. Ist sehr detailiert, eigentlich etwas zu detailliert
                  Kenn ich nicht. Für das Verständnis finde ich den Job-Rüffler ja ganz nett.
                  Auch wenn der viel Fluff und wenig Crunch hat.

                  Kommentar


                  • #10
                    Zitat von Dannyboy Beitrag anzeigen
                    Kenn ich nicht. Für das Verständnis finde ich den Job-Rüffler ja ganz nett.
                    Auch wenn der viel Fluff und wenig Crunch hat.
                    Von dem Buch habe ich noch nichts gehört, ist aber auch kein Wunder.
                    Habe Physikalische Chemie nur als Nebenfach zwei Semester lang und bin ehrlich gesagt auch ganz froh wenn das rum ist
                    Freitag hab ich übrigens die Klausur geschrieben, kann mich nur noch mal für eure Hilfe bedanken hat mir sehr geholfen.
                    Die 2 Seiten der Medaille
                    Alles hat zwei Seiten, wer seine Augen öffnet wird beide sehen, wird die Realität erkennen.
                    Doch wer seine Augen verschließt wird nur eine Seite sehen können, wird nur das Schlechte in allem sehen.
                    ein netter kleiner Sinnspruch.....

                    Kommentar

                    Lädt...
                    X