Aufgabe B: Thermodynamik / Wellenoptik

Carnot'scher Kreisprozess

1. Skizzieren Sie das p-V-Diagramm des Carnot'schen Kreisprozesses und ordnen Sie die jeweiligen Zustandsänderungen zu.

   
   

   I - II Isotherme Expansion

   II - III Adiabatische Expansion

   III - IV Isotherme Kompression

   IV - I Adiabatische Kompression

   
   

   Erreichbare BE Anzahl: 3




2. Der in der Abbildung dargestellte Kreisprozess wird von Argongas im Uhrzeigersinn durchlaufen. Dabei gilt für Zustand 1: p₁ = 100 kPa, V₁ = 125 l, und T₁ = 300K. Die Zustandsänderung vom Zustand 2 nach Zustand 3 verläuft isotherm.

   2.1. Berechnen Sie die Masse des eingeschlossenen Gases.
   

   2.2. Geben Sie die Temperatur im Zustand 2 an.
   

   Für 2.1 und 2.2 erreichbare BE Anzahl:3

   2.3. Bestimmen Sie für die einzelnen Zustandsänderungen jeweils die übertragene Wärme, die Volumenarbeit und die Änderung der inneren Energie.
   

   Prozess 1 - 2:
   Prozess 2 - 3:
   Prozess 3 - 1:

   Erreichbare BE Anzahl: 6

   2.4. Ermitteln Sie den thermodynamischen Wirkungsgrad dieses Kreisprozesses.

   

   Erreichbare BE-Anzahl: 2

3. Eine schwach gekrümmte plankonvexe optische Linse liegt auf einer planparallelen Glasplatte.
   
   Auf die Anordnung fällt paralleles, einfarbiges Licht. Im reflektierten Licht beobachtet man unter gewissen Bedingungen helle und dunkle Ringe. Erklären Sie deren Entstehung.

   
   Reflexion der Lichtwellen erfolgt zum Teil an der unteren Linsenkrümmung und bei senkrechtem Einfall auch an der Oberseite der Glasplatte.
   Durch unterschiedliche opt. Weglängen und durch Phasensprung
   um p/2 an der Glasplatte entsteht ein Gangunterschied zwischen den
   Teilwellen des monochromatischen Lichtes.
   Diese Interferenz führt zu kreisförmigen Gebieten mit
   maximaler Verstärkung und solcher mit Auslöschung, die als
   helle und dunkle Ringe (NEWTONsche Ringe) sichtbar werden.
   

   Erreichbare BE Anzahl: 3


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4. Optische Aktivität von Stoffen

   Beschreiben Sie ein Experiment, mit dem entschieden werden kann, ob eine Lösung optisch aktiv ist !

   
   Benötigt werden: (Monochromatische) Lichtquelle, 2 Polarisationsfilter (1 Polarisator und 1 Analysator), Küvette für die zu untersuchende Lösung.

   Verfahrensweise: Zunächst werden ohne eingesetzte Küvette Polarisator und Analysator senkrecht zueinander eingestellt, so dass das polarisierte Licht bei direkter Beobachtung möglichst vollständig ausgelöscht wird.
   Anschließend wird zwischen die beiden Filter die zu untersuchende Lösung gebracht. Erfolgt jetzt eine Aufhellung, so wurde die Schwingungsebene des polarisierten Lichtes gedreht, die Lösung ist optisch aktiv. Je nachdem, in welche Richtung der Analysator nachzudrehen ist, um wieder vollständige Dunkelheit zu erreichen, kann in rechts- oder linksdrehende, optisch aktive Lösungen unterschieden werden.

   Erreichbare BE Anzahl: 3