Aggregatzustände
1.Erläutere die Aggregatzustände und ihre Änderungen!
Lösung:
Stoffe können in drei Zuständen (Phasen) vorkommen – fest, flüssig und gasförmig.
Schmelzen – Übergang von fest zu flüssig
Erstarren – Übergang von flüssig zu fest
Verdampfen – Übergang von flüssig zu gasförmig
Sieden – Verdampfen, das auftritt, wenn der Dampfdruck dem Außendruck entspricht
Kondensation – Übergang von gasförmig zu flüssig
Sublimation – unmittelbarer Übergang von fest zu gasförmig
L = latente Wärme (Schmelzen, Erstarren, Verdampfen, Sieden ...)
l = spezifische latente Wärme (Schmelzen, Erstarren, Verdampfen, Sieden ...)
m = Masse des Stoffes
Für Eis – Wasser – Dampf gilt:
t Schmelz = t Erstarr = 00C, t Siede = t Kond = 1000C,
l Schmelz = l Erstarr = 334.103J.kg-1, l Siede = l Kond = 2260.103J.kg-1
l Verd(200C) = 2430.103J.kg-1, l Subl = 2830.103J.kg-1
c(H2O) = 4180 J.kg-1.K-1, c(Eis) = 2100 J.kg-1.K-1
Umwandlung von Eis in Dampf: Q = Q1 + L1 +Q2 + L2 + Q3
Q1 = Wärme, die benötigt wird, um Eis bis zum Schmelzpunkt zu erwärmen
L1 = Wärme, die benötigt wird, um Eis in Wasser umzuwandeln
Q2 = Wärme, die benötigt wird, um Wasser bis zum Siedepunkt zu erwärmen
L2 = Wärme, die benötigt wird, um Wasser in Dampf umzuwandeln
Q3 = Wärme, die benötigt wird, um Dampf zu erwärmen
2.Berechne die Wärme, die benötigt wird, um einen Aluminiumkörper mit einer Masse von 10 kg und einer Anfangstemperatur von 200C zu schmelzen. Benutze die Tabellen.
Lösung:
Analyse:
m = 10 kg, t1 = 200C, tm (Al) = 6600C, c(Al) = 896 J.kg-1.K-1
lm (Al) = 400.103J.kg-1
Um den Aluminiumkörper zu schmelzen, werden ungefähr 9,73 MJ Wärme benötigt.
3.Bestimme die spezifische Schmelzwärme von Kupfer, wenn bekannt ist, dass das Schmelzen von 5 kg Kupfer, das auf seine Schmelztemperatur erhitzt wurde, 1,02 MJ Wärme erfordert.
Lösung:
Analyse:
m = 5 kg, L = 1.02.106J,
Die spezifische Schmelzwärme von Kupfer beträgt lm (Cu) = 204,000 J.kg-1
4.In 5 Liter Wasser mit einer Temperatur von 500C wird Eis gegeben. Wie groß muss die Masse dieses Eises sein, damit es vollständig schmilzt und die Endtemperatur des Wassers nach dem Schmelzen 00C beträgt? Verwende die Tabellen!
Bitte melden Sie sich an, um die Lösung anzuzeigen.5.Wasser mit einer Masse von 10 kg und einer Temperatur von 00C wird auf 1000C erhitzt und verdampft dann vollständig zu Dampf bei derselben Temperatur. Welche Gesamtwärme hat das Wasser aufgenommen? Welcher Prozentsatz dieser Wärme entfällt auf das Erwärmen des Wassers und welcher Prozentsatz auf den Phasenübergang? Verwende Tabellen!
Bitte melden Sie sich an, um die Lösung anzuzeigen.6.Ein Messingkörper hat eine Masse von 500 g und eine Temperatur von 200C. Berechne die spezifische Schmelzwärme von Messing, wenn bekannt ist, dass zum Schmelzen dieses Körpers 2,67·105 J Wärme nötig sind. Die Schmelztemperatur von Messing beträgt 9700C und die spezifische Wärmekapazität c(Messing) = 394 J.kg-1K-1
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7.Ein Messingkörper mit einer Masse von 1 kg nahm Wärme von 441 980 J auf, wodurch ein Teil des Messings mit einer Masse von 500 g schmolz. Wie hoch war die Anfangstemperatur des Körpers?
Bitte melden Sie sich an, um die Lösung anzuzeigen.8.Bestimme die Masse der Kohle mit einem Heizwert von 30·106 J.kg-1, die in einem Kessel (η = 70%) verbrannt werden muss, damit Wasser mit einer Masse von m1 = 6·103 kg und einer Temperatur von t1 = 100C auf t2 = 1000C erhitzt wird und bei dieser Temperatur zusätzlich m2 = 103 kg Wasser verdampft.
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9.Welche Mindestgeschwindigkeit muss eine Bleikugel haben, damit sie beim Aufprall auf eine Stahlplatte vollständig schmilzt? Die Temperatur der Kugel vor dem Aufprall betrug 270C. ( tt = 3270C, lt = 22 600 J.kg-1, c = 125 J.kg-1K-1)
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10.Zeichne das Phasendiagramm für Eis – Wasser – Dampf. Charakterisiere:
- a.) alle vier Bereiche des Diagramms
- b.) den Tripelpunkt und den kritischen Punkt
- c.) gesättigten und überhitzten Dampf
11.Bei einem Wärmeaustausch, der bei Normaldruck stattfindet, schmolz Eis mit einer Masse von 2 kg und einer Anfangstemperatur von −100C. Das entstandene Wasser wurde auf 1000C erwärmt und verdampfte bei dieser Temperatur vollständig. Berechne die Gesamtwärme, die das System aufgenommen hat.
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12.In Wasser mit einer Masse von 8 kg und einer Temperatur von 120C kondensierte Wasserdampf, wodurch sich die Temperatur des Wassers auf 600C erhöhte. Bestimme die Masse des kondensierten Dampfes.
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13.240 Gramm gesättigter Dampf resublimieren so, dass pro Minute 12 kJ Wärme abgegeben werden. Wie lange dauerte die Resublimation?
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14.Ein Bleikörper mit einer Masse von 1 kg nahm Wärme von 54 500 J auf, wodurch ein Teil des Bleis mit einer Masse von 0,5 kg schmolz. Wie hoch war die Anfangstemperatur des Körpers?
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15.Berechne die Masse von Eis mit einer Temperatur von −200C, die in Wasser mit einer Masse von 1 kg und einer Temperatur von 300C schmilzt, wenn die endgültige Gleichgewichtstemperatur 200C beträgt.
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16.Auf einem Elektroherd mit einer Leistung von 600 W und einem Wirkungsgrad von 60% wurde Wasser mit einer Masse von 2 kg und einer Anfangstemperatur von 100C auf eine Temperatur von 1000C erhitzt. Bei dieser Temperatur verdampften 5% des Wassers. Wie lange dauerte das Erhitzen des Wassers?
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17.Dampf mit einer Masse von 0,1 kg und einer Temperatur von 1000C kondensiert in Wasser mit einer Masse von 2 kg und einer Temperatur von 180C. Wie hoch ist die Endtemperatur des Wassers?
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18.Ein Eiswürfel hat eine Masse von 10 Gramm und eine Temperatur von 00C. In einem Kalorimeter befindet sich Wasser mit einer Masse von 1 kg und einer Temperatur von 500C. Wie viele Eiswürfel müssen wir in das Kalorimeter geben, damit das gesamte Eis schmilzt und die Endtemperatur des Wassers im Kalorimeter 00C beträgt? (Verluste vernachlässigen.)
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19.Welche Energie wird frei, wenn ein Teich mit einer Fläche von 1 ha zufriert und sich eine 10 cm dicke Eisschicht darauf bildet? Die Anfangstemperatur des Wassers beträgt 00C und das entstehende Eis hat ebenfalls eine Temperatur von 00C.
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20.Wie unterscheidet sich die innere Energie von Wasser mit einer Masse von 300 Gramm und einer Temperatur von 200C von der inneren Energie von Wasserdampf mit derselben Masse und Temperatur?
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