Sexl Physik 5 RG, Schulbuch

72.3 Richtig: c) Die mittlere Kraft ist jeweils 200N . 72.4 Richtig: c) 72.5 Richtig: c) 72.6 Wenn wir den gesamten Kosmos als abgeschlossenes System betrach- ten, dann a). Die Gesamtenergie eines abgeschlossenen Systems kann durch Vor- gänge, die nur im System ablaufen, nicht verändert werden. D. h., Energie ist in irgendwelchen Formen von Anfang an im System vor- handen. Thermodynamik 87.1 a ist richtig. 87.2 c ist richtig. 87.3 a und b sind richtig. 87.4 a und c sind richtig. 87.5 Das Thermometer wird mit dem Objekt, dessen Temperatur bestimmt werden soll, in Kontakt gebracht. Es muss sich thermisches Gleichgewicht einstellen, d.h. ein Temperaturausgleich erfolgen. Das Thermometer hat nur dann die Temperatur des zu messenden Körpers, wenn es klein genug ist, um seine Temperatur nicht zu verändern. 87.6 c ist richtig. 87.7 c ist (näherungsweise) richtig. 87.8 b und c. Anomal ist, dass der Festkörper Eis eine kleinere Dichte hat als die Flüssigkeit Wasser, die bei 4 °C die höchste Dichte aufweist. 97.1 a, b und c sind richtig. b: Mehratomige Moleküle rotieren um Achsen durch den Schwerpunkt. c: Teilchen eines idealen Gases üben nur wäh- rend elastischer Stöße Kräfte auf einander und auf die Gefäßwände aus. 97.2 a ist richtig, p · V = const. = ( p /2)·(2 V) 97.3 b ist richtig. 97.4 b und c sind richtig. 97.5 b ist richtig. 97.6 Die gelösten Moleküle sind für die Poren der semipermeablen Wand zu groß. Nur die Moleküle des Lösungsmittels können hindurch. 97.7 c ist richtig 97.8 a ist richtig 109.1 c ist richtig. 109.2 Um 1 kg Schnee bei 0 °C zu schmelzen, werden 334 kJ benötigt. Beim Abkühlen von 1 kg Regenwasser von 10 °C auf 0 °C werden 41,8 kJ frei. 8 kg Wasser reichen zum Schmelzen von 1 kg Schnee. Es ergeben sich 9 kg Wasser mit 0 °C . 109.3 Aus der Suppe verdunsten die schnellsten Moleküle. Durch Blasen werden sie wegtransportiert, die Suppe wird dadurch schneller kühl. 109.4 Aus der Wäsche verdunsten Wassermoleküle. Der Wind entfernt die Moleküle und beschleunigt so das Trocknen. 109.5 Die Temperatur sinkt, weil beim Verdunsten die energiereichsten Moleküle den Flüssigkeitsverband verlassen. Die zurückbleibenden Mole- küle haben geringere Energie, das bedeutet eine niedrigere Temperatur der Flüssigkeit. 109.6 Chlorethan verliert die schnellsten Moleküle durch Verdunsten, da- her nimmt die mittlere Molekülgeschwindigkeit ab. Die Flüssigkeit wird kälter, kühlt die Haut und macht sie dadurch weniger empfindlich. 109.7 b ist richtig. Zwei Betrachtungsweisen: a) Verschieden temperierte Körper (Flüssigkeit, bzw. Dampf darüber) gleichen von selbst Temperaturunterschiede aus. b) Man könnte glauben, dass der Dampf heißer als die Flüssigkeit sei. Dies ist jedoch nicht der Fall, da die energiereichen Moleküle beim Austritt aus der Flüssigkeit durch die Molekularkräfte abgebremst werden und Ener- gie abgeben, so dass Dampf und Flüssigkeit die gleiche Temperatur haben. 109.8 a ist richtig. 109.9 c ist richtig. 109.10 Oberhalb der kritischen Temperatur kann die Substanz auch durch hohen Druck nicht verflüssigt werden. 109.11 Beim Kondensieren von Wasserdampf auf der Haut wird zunächst die Verdampfungswärme ( 2,2 kJ/g ) wieder frei. Beim Abkühlen des hei- ßen Wassers auf die Hauttemperatur ( 30 °C ) muss für 1 g dagegen nur die Energie 70K·4,18 J/K = ca. 0,3 kJ abgeführt werden. 109.12 a und b sind richtig. 109.13 Kondensationswärme ist die beim Kondensieren eines Gases frei werdende Energie. Zum Verdampfen musste der gleiche Energiebetrag als Verdampfungswärme aufgebracht werden. 109.14 Wolken entstehen, wenn durch Abkühlung feuchter Luft der Tau- punkt unterschritten wird, bzw. die relative Luftfeuchtigkeit 100% er- reicht hat. An Kondensationskeimen in der Atmosphäre (kleine Partikel wie Staub oder Salzkristalle) bilden sich erste Tröpfchen. Abkühlung er- folgt durch Aufsteigen warmer Luft oder durch Mischung warmer und kalter Luftmassen. 119.1 a ist richtig. Ein abgeschlossenes System tauscht weder Energie noch Teilchen mit der Umgebung aus, es wird auch als isoliertes System be- zeichnet. Ein offenes System kann mit der Umgebung Energie und Teil- chen austauschen, ein geschlossenes System kann nur Energie austau- schen. 119.2 a ist richtig. 119.3 a und b sind richtig. 119.4 Der 1. Hauptsatz betrifft die innere Energie und nicht die Gesamt- energie. 119.5 Da zur Temperaturerhöhung Energie in Form von Wärme zugeführt wird, gilt ∆ S = Q / T > 0 . 119.6 Irreversible Vorgänge laufen von selbst ab und bringen thermo- dynamische System näher ans Gleichgewicht. Sie können nur durch Auf- wendung von Energie rückgängig gemacht werden. Reversible Vorgänge durchlaufen Gleichgewichtszustände. Sie können rückgängig gemacht werden – allerdings sind sie Idealisierungen. 119.7 Ja, wenn in einem anderen Teil des Systems die Entropie zunimmt. 130.1 b ist richtig, da bei einem Verbrennungsmotor die gesamte thermi- sche Energie aus der Verbrennung stammt. Allgemeiner ist für Wärme- kraftmaschinen der Wirkungsgrad das Verhältnis von nutzbarer mecha- nischer Energie zur aufgewandten Energie. 130.2 a ist richtig. Der Carnot-Prozess besteht aus 2 Adiabaten und 2 Iso- thermen. b zeigt den idealisierten Otto-Prozess mit 2 Adiabaten und 2 Isochoren, c ist der idealisierte Diesel-Prozess mit 2 Adiabaten, 1 Isochore und 1 Isotherme. 130.3 c ist richtig. 130.4 b ist richtig. Der Kompressor läuft ständig und entnimmt dem Stromnetz elektrische Energie, die schließlich als thermische Energie den Raum erwärmt. 130.5 c ist richtig. Generatoren zur Stromerzeugung haben Wirkungsgrade über 90% . 130.6 b ist richtig. Es wird ein Temperaturunterschied vergrößert, also ein von selbst ablaufender Prozess umgekehrt. 130.7 c ist richtig . Lösungen zu den Rechenaufgaben 11 Das Auto kann bei einer so kleinen Ge- schwindigkeitsdifferenz erst in 1 h 20 min ein- geholt werden! 12 a) Das Objekt steht eine Stunde lang ( s = 0 , v = 0 , a = 0 ). Dann bewegt es sich mit gleich blei- bender Geschwindigkeit und legt dabei in einer Stunde 50 km zurück ( s = 50 km , v = 50 km / h , a = 0 nach kurzer Beschleunigung vom Stand in 50 km / h ). Nach einer Stunde Fahrt steht das Objekt wieder für 2 weitere Stunden. b) Das Objekt bewegt sich in der ersten Stunde mit einer Geschwindigkeit von 10 km / h . In der nächsten Stunde setzt es seine Bewegung mit 1 Mond ( R = 384000km ): t = 10 , 66h; Licht: 1 , 28s . Sonne ( R = 150Mio . km ): t = 174 Tage; Licht: 500s . Alpha Centauri ( R = 4 ly ): t = 120 000a; Licht: 4a 2 Bregenz–Wien: ca . 5 , 3·10 ‒11 ly 1 , 67·10 ‒3 Lichtsekunden Erde–Mond: ca . 4 , 1·10 ‒8 ly Erde–Sonne: ca . 1 , 6·10 ‒5 ly 3 Der Jupiter ist zwischen 588 und 967Mio . km von der Erde entfernt. Ein Lichtsignal ( c = 3·10 8 m / s ) benötigt zwischen 1960 s und 3222 s , bis es die Erde erreicht. Das Bild des Ju- piters ist daher vor rund einer halben bzw. ei- ner Stunde aufgenommen worden. 4 Wir sehen den Stern, wie er vor ca . 400 Jahren war. Der 30-jährige Krieg (1618–1648) verwüstete Mitteleuropa. 5 Man sieht den Zustand des Quasars, wie er vor 10 Milliarden Jahren war. 6 s = v · t = 1 327 , 5m 7 v E = 29 , 89 km / s = ca . 30 km / s , s E = 2 , 58Mio . km 8 Mittlere Mondentfernung: 384 400 km 9 Wien–New York: v = 741 , 5 km / h . Die tatsäch- liche Flugroute ist länger als die Luftlinien- distanz, Die Reisegeschwindigkeit von Ver- kehrsflugzeugen beträgt ca. 900 km / h . 10 Zeitersparnis: 0 , 17857h = 10min 43 s 138 Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv