Schriftliche Abschlussprüfung Physik 1995/96
6.1 In einem Einfamilienhaus soll eine Ölheizung eingebaut werden, die gleichzeitig zur Bereitstellung von Warmwasser genutzt wird. Die Wasserleitung wird aus Kupferrohr verlegt. Die Temperatur des Wassers wird im Heizkessel von 16°C auf 70 °C erhöht.
6.1.1 Berechnen Sie die Längenänderung eines 15 m langen Rohres für den oben angegebenen Temperaturunterschied.
6.1.2
Berechnen Sie die erforderliche Wärme, um für 120 l Wasser diese
Temperaturerhöhung zu erreichen.
(Für Wasser gilt: 1 l entspricht 1 kg)
6.1.3 Welche Wärme ist tatsächlich notwendig, wenn der Wirkungsgrad der Warmwasseranlage 75 % beträgt?
6.1.4 Begründen Sie, warum Wasser als Umlaufflüssigkeit verwendet wird.
6.1.5 Erläutern Sie an einem Beispiel, wie die unerwünschte Wärmeausbreitung am Gebäude vermindert werden kann.
6.2 Eis wird gleichmäßig erwärmt. Die Temperatur wird in Abhängigkeit von der Erwärmungszeit gemessen:
| Abschnitt | A | B | C | ||||||
| Zeit t in min | 0 |
0,5 |
1 |
3 |
6 |
9 |
10 |
12 |
14 |
| Temperatur u in °C | -20 | -10 | 0 |
0 |
0 |
0 |
9 |
30 |
50 |
6.2.1 Stellen Sie in einem Diagramm die Temperatur u in Abhängigkeit von der Zeit t dar.
6.2.2 Ordnen Sie dem Abschnitt A, B und C den jeweiligen physikalischen Vorgang zu.
6.2.3 Begründen Sie den Temperaturverlauf im Abschnitt B.
6.3 Das Bild zeigt den Aufbau eines Viertakt-Ottomotors.
6.3.1 Benennen Sie die im Bild bezeichneten Teile des Ottomotors.
6.3.2 Beschreiben Sie die Vorgänge in den einzelnen Takten.
6.3.3 Nennen Sie die auftretenden Energieumwandlungen im 3. Takt (Arbeitstakt).
Lösung
Aufgabe 6 Thermodynamik
(Bitte
beachten Sie den Hinweis am Ende der Seite
6.1.1 geg.: l =
15 m
aCu = 1,6 · 10-5 K-1
n1 = 16°C
n2 = 70°C
ges.: D l
Lösung:
Die Längenänderung des Rohres beträgt 0,01296 m.
6.1.2 geg.: m = 120 kg
c = 
DT = 54 K
ges.: Q
Lösung:
Es ist eine Wärme von 27130 kJ notwendig.
6.1.3 geg.: h = 75% = 0,75
Enutz = 27130 kJ
ges.: Eaufgew.
Lösung:
Es ist eine Wärme von 36173 kJ tatsächlich notwendig.
6.1.4 Wasser hat eine
große spezifische Wärme und ist daher in der Lage, viel Wärme zu speichern
Wasser ist leicht zu ersetzen, gefahrlos, nicht gesundheitsschädigend und relativ
preiswert
6.1.5 An Gebäuden
können z. B.:
- dicht schließende Fenster eingebaut werden
- Gebäude mit Wärmedämmputz versehen werden
Durch Aufbringung von Wärmedämmputz wird Wärmeleitung am Gebäude in großem Umfang
verhindert, da Wärme isolierende Stoffe Verwendung finden.
6.2.1
6.2.2 A: Erwärmen
B: Schmelzen
C: Erwärmen
6.2.3 Im Abschnitt B erfolgt die Aggregatzustandsänderung (fest in flüssig). Die zugeführte Wärme wird benötigt, um die starre Anordnung der Teilchen in einem festen Körper aufzulösen, so dass diese sich dann frei bewegen können (flüssiger Körper). Daher erfolgt in dieser Zeit keine Temperaturerhöhung.
6.3.1
| 1 | Zylinder |
| 2 | Kolben |
| 3 | Einlassventil |
| 4 | Zündkerze |
| 5 | Auslassventil |
| 6 | Pleuelstange |
6.3.2
| 1. Takt | Benzin-Luft-Gemisch ansaugen | Einlassventil offen Auslassventil geschlossen |
| 2. Takt | Gemisch wird verdichtet, Temperatur steigt, Druck steigt | Einlassventil geschlossen Auslassventil geschlossen |
| 3. Takt | Zünden; Gemisch explodiert; Temperatur steigt; Druck steigt; am Kolben wird Arbeit verrichtet | Einlassventil geschlossen Auslassventil geschlossen |
| 4. Takt | Ausstoßen der verbrannten Gase | Einlassventil geschlossen Auslassventil offen |
6.3.3 Echem ® Etherm ® Ekin
Hinweis: Die vorliegenden Lösungen sind Musterlösungen des jeweiligen Autors und keine offiziellen Lösungen des Sächsischen Staatsministeriums für Kultus. Der Autor garantiert nicht für die Vollständigkeit und Richtigkeit der vorliegenden Lösung.
Herzlichen Dank an meine Kollegin Ines Stiller, die diese Lösungen kritisch begutachtete.