Welche Formel muss man hier benutzen?
3 Antworten
Eine entscheidende Information ist: "In einem Stahltank...". Das bedeutet, das Volumen V, die Menge n, die Masse m und das spezifische Volumen v bleiben konstant, da wir es mit einem geschlossenen System und einem isochoren Prozess zu tun haben.
a)
Es wird nach der Menge und nicht nach der Masse gefragt. Also nehmen wir die ideale Gasgleichung, in der die Stoffmenge n vorkommt:
p * V = n * R * T
und lösen die nach n auf:
n = p * V / R * T
Bei einer isochiore Zustrandsänderung kan man das Gesetz von Amontons anwenden:
p1/p2 = T1/T2
p2 = p1 * T2/T1
Dazu muss man lediglich die Celsiustemperaturen in Kelvintemperaturen umrechnen.
b)
Bei einem geschlossenen System müssen wir mit der inneren Energie rechnen bzw. mit einem konstanten Volumen. Also müssen wir als Wärmekapazität Cv verwenden. Da wir die Stoffmenge kennen, können wir mit der molaren Wärmekapazität rechnen. Wenn wir die molare Wärmekapazität bei konstantem Volumen für Sticksoff aus einer Tabelle entnehmen können oder wenn es gegeben ist, sind wir fein raus.
Wenn wir allerdings nur die spezifische Wärmekapazität für Stickstoff bei konstantem Druck cp haben, müssen wir umrechnen:
Cp = cp / M
Cv = Cp / κ
Möglich wäre auch, die Molzahl n in die Masse m umzurechnen:
m = n * M
und dann mit cv = cp/κ weiterzurechnen.
Dann können wir rechnen:
Q12 = n * Cv * 26 K = m * cv * 26 K
Die Entropieänderung ΔS12 berechnet sich bei einer isochoren Zustandsänderung nach der Formel:
ΔS12 = n * Cv * ln(T2/T2) = m * cv * ln(T2/T2)
Ich bekomme für Cv 445,26 raus
Was denn Äpfel oder Birnen? Gewöhne dir bitte an, immer die korrekten Einheiten zu verwenden. Das brachte meinen Nachholfeschülern alleine schon immer eine halbe bis eine ganze Note Verbesserung.
ist mein Cv richtig ?
Ich fürchte nicht.
Ich kriege raus:
cp = 1,04 kJ/kgK (laut Tabelle)
cv = cp / 1,4 = 0,743 kJ/kgK
Cp = cp * M = 29,1 J/molK
Cv = Cp / 1,4 = 20,79 J/molK
Begriffsklärung: Was es in der Physik gibt, sind Gleichungen, die Beziehungen zwischen physikalischen Größen beschreiben. Diese Gleichungen kann man nur benutzen, wenn klar ist, für welche experimentelle Situation sie gedacht sind, in der solche Größen vorkommen. Eine Gleichung beschreibt also nie kontextfrei und schon gar nicht eindeutig eine Situation.
Formeln hingegen sind codierte Kochrezepte in der Chemie, die die Situation vollständig beschreiben. Hier kann man die Frage beantworten "was ist die Formel für Kochsalz in Wasser?" - in der Physik kann man so etwas nicht.
Die Frage, welche Formel man nehmen soll, ist darum immer ein sicheres Zeichen, dass man nicht verstanden hat, was eigentlich passiert. Eine wirkliche Hilfe für den Fragesteller ist dann nicht das stumpfe Nennen einer Gleichung, sondern die Beschäftigung des Fragestellers mit den Zusammenhängen - hat man die verstanden, ergibt sich die anwendbare Gleichung von selbst.
leider wird den Schülern das im Schulunterricht so beigebracht...benutze Formeln!
es gibt zwei Sorten Physiklehrer und jeweils dazu passende Sorten Schüler.
Typ B: erklärt physikalische Zusammenhänge in isoliertem abfragbarem Kontext und gibt dazu eine oder mehrere Formeln. Das funktioniert wie ein Kochkurs mit Kochrezepten. Die Schüler müssen die Zusammenhänge nicht wirklich verstehen, sie müssen nur die Kochrezepte auswendig lernen und auf Anforderung reproduzieren. Die Mehrheit der Schüler kommt damit zurecht, obwohl sie sich nicht für das Thema interessieren. Ein stilles Abkommen zwischen Demotivierten und Desinteressierten.
Typ A: ist von den Zusammenhängen in der Natur begeistert und versucht, den Schülern diese Begeisterung zu vermitteln. Er bleibt nicht in einem Kontext (weil die Natur das auch nicht tut) und stellt Verbindungen zwischen Kontexten her. Dabei gibt er nicht Formeln, sondern leitet Gleichungen her, die man nur benutzen kann, wenn man auch die Zusammenhänge verstanden hat. Die Überschreitung von Kontextgrenzen wird auch bei Arbeiten und Abfragen ständig geübt. Damit kommen nur solche Schüler zurecht, die die Begeisterung schon in sich tragen, und das ist idR die Minderheit.
Wechselt der Lehrer einer Klasse von Typ B nach A, verbessern sich die Noten einer Minderheit (habe ich so erlebt), die Noten der Mehrheit verschlechtern sich, darum haben A-Typ-Lehrer gegen ihre Unbeliebtheit anzukämpfen, sind gestresster und häufiger krank. Die meisten Schüler lachen lieber über Sheldon Cooper als sich von ihm Noten geben zu lassen. B-Schüler bei A-Lehrern erkennt man an der ständigen Frage nach der passenden Formel. A-Schüler bei B-Lehrern fragen hingegen ständig, wie man auf eine Formel kommt, die ihnen vorgesetzt wurde, oder sie treiben das vorgestellte Thema über die Grenze und bringen ihren Lehrer zur Verzweiflung.
Bei meinen Kindern (17 und 22) mache/machte ich beim gemeinsamen Lernen für Mathematik immer alles weitgehend ohne Formeln und bestand darauf, dass diese jedes mal hergeleitet werden, bevor man sie benötigt. Bespiel exponentielles Wachstum: da gibts Formeln, wo man nur einsetzt, bringen tun die aber fürs Verständnis Null. Gelegentlich verwende ich nicht mal die Mitternachtsformel sondern erkläre das mit quadratischer Ergänzung. Fazit: meine Kinder jammern zwar darüber, tun sich aber am Ende leicht in Mathematik und schreiben sehr gute Noten. Es ist erschütternd und sehr schade, dass vieles erst verstanden wird, nachdem ich den eigentlichen Job des Lehrers zu Hause ein zweites Mal mache...
Mit einer einzelnen Formel wirst du leider nicht auskommen.
Du brauchst das ideale Gasgesetz, eine Energiebilanz um den Tank und die Formel für die Innere Energie und Entropie eines idealen Gases.
Ich bekomme für Cv 445,26 raus, und die Lösung für S 1.2 ist Trotzdem falsch, ist mein Cv richtig ?