Warum hält thermodynamisches Gleichgewicht für immer an?

Hallo,

angeblich soll das thermodynamische Gleichgewicht eines abgeschlossenen Systems für immer anhalten. Ich verstehe nur nicht ganz, wie das sein kann. Angenommen, man hat ein abgeschlossenes System mit idealem Vakuum und zwei Körper die sich aufeinander zubewegen in dem System. Dieses System nimmt man nun als im Gleichgewichtszustand an, da alle drei Punkte für das thermodynamische Gleichgewicht erfüllt sind (von Wikipedia):

  • Thermisches Gleichgewicht
  • Mechanisches Gleichgewicht (Beide Körper haben konstanten Impuls)
  • Chemisches Gleichgewicht

Nun kollidieren diese zwei Körper und es entsteht Wärme. Damit verlässt das System das thermodynamische Gleichgewicht, da nun ein neuer Zustand höchster Entropie vorliegt. Kann es sein, dass "keine zeitlichen Änderungen" ein weiteres Kriterium für thermodynamisches Gleichgewicht ist?

Wenn dieses Beispiel irgendein Fehler enthält, dann kann ich ein anderes bringen: Angenommen, man hat ein abgeschlossenes System mit einem hochexplosiven Stoff in diesem. Die Temperatur für eine Startreaktion, deren Wärme alle weiteren Reaktionen auslösen würde, liegt im Vergleich zur aktuellen Temperatur sehr hoch. Dennoch wird das Erreichen dieser Temperatur mit zunehmender Zeit für ein einzelnes Teilchen immer höher, sodass die Reaktion irgendwann ausgelöst wird und das System seinen thermodynamischen Gleichgewichtszustand verlässt.

Gleichgewicht, Thermodynamik
Temperatur und Druckänderung bei Joule Expansion?

1 Mol eines idealen Gases befindet sich zunächst im Volumen V0 beim Druck pi und der Temperatur Ti , siehe Skizze (links). Nach dem Offnen des Ventils ströme das Gas von links in einen (zuvor evakuierten) Behälter gleichen Volumens V0 (Skizze rechts). Betrachten Sie die Joule-Expansion als rein gedankliches Konzept, wobei das System thermisch isoliert ist von der Umgebung und sich dessen Innere Energie nicht ändert: ∆U = 0

a) Welches sind die Temperatur Tf und der Druck pf , die sich nach dem Offnen des ¨ Ventils einstellen?

b) Gehe vn einer reversiblen isothermen Expansion aus und berechne die Entropie¨anderung ∆S.

(c) (1.) Wie kann man das Ergebnis aus (b) statistisch interpretieren?

(2.) Der Prozess ist (naturlich) nicht reversibel. Warum kann man trotzdem die ¨ Entropieänderung zwischen den Anfangs- und Endzuständen wie in (b) berechnen? (3.) Wie ändert sich bei diesem Prozess die Entropie des Universums?

Jensek81'scher Ansatz

a) pi VO = pf * V0

pi/Ti = Pf/ TV
Temperatur und Druck gleich wie VOrher

b) Delta S = n R ln (Vf / Vi) = nR ln (1) = 0

c) 1) Da Delta S = 0 -< keine Veränderung. Teilchen behalten ihre Anordnung bei.

2) Entropie Zustandsgröße nicht nur von Anfang und Ende abhängig

c) Entropie des Unviersum nimmt zu => Gesamtentropie nimmt nicht ab.

Bild zu Frage
Mathematik, Temperatur, rechnen, Volumen, Druck, Entropie, Joule, Physik, Physiker, Thermodynamik, Vektorrechnung, Expansion
Wärmekapazität und latente Wärme?

Die Zeit läuft davon...

Aufgabe:

"In einem Glas befinden sich 0.5 Liter Wasser bei einer Temperatur von T2 = 20◦C. a) Wieviel Wärme muss dem Wasser entzogen werden, um es auf die Temperatur T1 = 5◦C abzukühlen?
Hinweis für flüßiges Wasser beträgt die spezifische Wärmekapazität c_Wasser = 4.2 Jg−1K−1 . Die Dichte beträgt ρWasser = 1.0 cm−3 .

(b) In das Wasserglas aus (a) bei der Temperatur T2 = 20◦C wird ein Eiswurfel der ¨ Temperatur T0 = −18◦C gegeben. Wie groß muss die Masse des Eiswurfels ¨ mEis (gemessen in g) sein, damit nach dem vollständigen Schmelzen die Temperatur des Wassers gerade T1 = 5◦C beträgt? (Gib den berechneten Wert gerundet auf drei signifikante Stellen an.)

Hinweis: Spezifische Wärmekapazität von Eis: cEis = 2.0 Jg−1K−1 . Schmelzwärme: ∆QS = 333.5 Jg−1 . Schmelztemperatur: TS = 0◦C."

Jensek81'scher Ansatz:
a) 0, 5l = 500 cm³ = 0, 5 dm³ = 0,5 * 10^-3 m
m*p* V = 1,0 g /cm³ * 0,5 * 10^-3 m³ = 500 g

Temperaturveränderung ∆ T = T2 - T1 = 20 Grad -- 5 Grad = 15 Grad

∆Q = cw * mw * ∆T = 5,2 J / g C * 500 g * 15 C = 31500 J

b) Zunächst wird das EIs von -18 Grad au f0 Graad erwämt. Dazu wird Wärme Q1 benötigt.

Q1 = m * c * ∆T = 2,0 J/kgK * 18 Grad = 36 kJ/kg
Dann wird Eis geschmolzen. Dazu Wärme Q2

Q2 = m * q = m * 335, Jg^-1
Um das geschmolzene Wasser auf 5 Grad zu erwärmen ist Q3 erforderlich.

Q3 = m * c * ∆T = m * 4,2 Jg^-1/K^^1 * 5 K = m * 21 kJ/Kg

Q = Q1 + Q2 + Q3

m * 36 kJ/kg + m * 333,5 kJ/Kg + m * 21 kJ/kg = 31500 J
m (36 kJ/Kg + 333,35 kj/kg + 21kJ/Kg) = 31500 J
m + 390,5 kJ/kg = 31500 J

=> m = 31500 J/ 390,5 kJ/g = 80,66 g

Der Eiswrüfel hat 80,66 g

Kann das sein? oder ist das Kakolores?

Mit freundlichen Grüßen.
Ach, jetzt hätt ich schon fast ausversehen meinen Klarnamen geschrieben.
Seht ihr, soweit kommt's noch. Hahaha
Also, nochmal:

Mit freundlichen Grüßen,
Jensek81

Wasser, Mathematik, Temperatur, Eis, rechnen, denken, Wärme, Eiswürfel, Experimentalphysik, Physik, Thermodynamik, Wärmelehre, Kapazität, addieren
Ist die innere Energie U abhängig vom Druck und Volumen?

Hallo,

ich frage hier nicht, ob Volumenarbeit oder chemische Wechselwirkungen die Temperatur des Systems erhöhen könnten (was sie können), sondern ganz einfach: Hat die Systemgröße (Druck und Volumen) eine Auswirkung auf die innere Energie U (in einem geschlossenen System)?

Zuerst dachte ich, dass sich Druckenergie nicht innerhalb des Systems nutzen ließe, aber dann bin ich auf folgende Idee gekommen, die Druckenergie zu nutzen:

Man baut in einem geschlossenen System ein luftdichten Raum, der noch denselben Druck wie im System besitzt. Danach leistet man am System isotherme Volumenarbeit und kann durch Ausgleich der Drücke Energie (bspw. elektrische) innerhalb des Systems teilweise zurückgewinnen.

Demnach müsste die Innere Energie den Druck und das Volumen berücksichtigen, da ja keine Energie mit der Umgebung ausgetauscht wurde und deshalb die innere Energie seit der Volumenarbeit konstant geblieben ist.

Ein anderes Gedankenexperiment führt jedoch zu einem anderen Ergebnis.

Dass die innere Energie nicht den Druck und das Volumen berücksichtigt, kann man folgendermaßen herleiten:

Man hat einen großen Raum voller ideales Gas. Jedes Mal, wenn sich Gasmoleküle von der Systemwand entfernen entsteht eine Einbuchtung an dieser Stelle, ohne dass dem System in irgendeiner Weise Energie zugeführt werden würde. Mit zunehmender Zeit wird die Wahrscheinlichkeit für eine Volumenabnahme immer größer. Man verkleinert das Volumen und erhöht den Druck ohne Energie an das System zu geben. Ab einen gewissen Grad wird es unrealistisch unwahrscheinlich, dass sich das System noch verkleinert. Diese Unstimmigkeit ignoriere ich einfach mal.

Dasselbe kann man mit der Ausdehnung machen. Man hat ein System voller ideales Gas und dehnt die Systemgrenzen aus. Die innere Energie bleibt konstant, zumindest dachte ich das zuerst. Ich bin auf die Idee gekommen, dass sich die potentielle Energie innerhalb des Systems bei Volumenänderung verändern könnte: Wenn man ein Haufen Elektronen hat steigt oder sinkt die potentielle Energie, je nach Verteilung der Elektronen innerhalb des Systems.

Dennoch hat das eine Gedankenexperiment zur Volumenverkleinerung zu einem anderen Ergebnis geführt. Wo liegt mein Denkfehler?

Energie, Thermodynamik
Wie löse ich diese Aufgabe in der Thermodynamik, bezogen auf spezifische Arbeit und der maximal gewinnbaren Leistung?

Hallo zusammen,

ich studiere aktuell Maschinenbau und belege gerade das Modul Technische Thermodynamik.

Dabei habe ich folgende Aufgabe(n):

"

Im Windpark in Tönisvorst stehen Windturbinen mit einer Nabenhöhe von 135 m und einer Flügellänge von 63,5 m. Der Leistungskoeffizient e, also das Verhältnis von der elektrischen Leistung der Turbine zu der maximal von dem Wind auf die Turbine übertragbaren Leistung beträgt 45%.

Die mittlere Windgeschwindigkeit soll 6 m/s betragen.

a. Skizzieren Sie das System.

b. Wie groß ist die spezifische Arbeit die der Wind maximal übertragen kann, wenn der Wind durch die Turbine vollständig abgebremst werden könnte?

Die Zustandsänderung soll als adiabat und reibungsfrei angenommen werden.

c. Wie groß ist die maximal gewinnbare Leistung?

d. Wie groß ist die elektrische Leistung unter Berücksichtigung des Leistungskoeffizienten?

e. Wieviel elektrische Energie kann eine Windturbine in einem Jahr (8760 h) bereitstellen?

f. Wie viele Haushalte mit einem durchschnittlichen jährlichen Strombedarf von 3000 kWh können von dieser Turbine versorgt werden?

Luft darf als ideales Gas mit einer individuellen Gaskonstante von R=287 J/kg K angenommen werden. Der Luftdruck beträgt 1,013 bar, die Temperatur 15 °C.

"

Kann mir jemand bei der Bearbeitung helfen? Natürlich möchte ich keinen kompletten Lösungsweg mit Ergebnissen, mich würde es einfach nur freuen wenn mir jemand Ansätze liefern könnte. Vorab also Danke für jegliche Hilfe. LG

Temperatur, Leistung, Strom, Energie, Kraft, Elektrotechnik, Spannung, Elektrizität, Formel, kinetische Energie, Mechanik, Physiker, Thermodynamik, Wärmelehre, Wirkungsgrad
Wie löse ich diese Thermodynamik-Aufgabe bezogen auf spezifische Arbeit(Wasserkraftwerk in Essen Kettwig)?

Hallo zusammen,

ich studiere aktuell Maschinenbau und belege gerade das Modul Technische Thermodynamik.

Dabei habe ich folgende Aufgabe(n):

"

Am Stausee der Ruhr in Essen Kettwig wird die Ruhr auf eine Höhe von 5m aufgestaut. Der jahresgemittelte Durchfluss der Ruhr beträgt ca. 72 m³/s. Die bei geringen Höhenunterschieden häufig eingesetzten Kaplan-Turbinen erreichen einen Wirkungsgrad von ca. n=85%.

a. Skizzieren Sie das System.

b. Wie groß ist die maximal gewinnbare spezifische Arbeit w12ideal an der beschriebenen Staustufe, wenn die Geschwindigkeitsänderung des Flusses vernachlässig werden kann, die Turbine adiabat und reibungsfrei betrieben werden könnte und das Wasser seine Temperatur nicht ändert.

c. Wie groß ist die spezifische Arbeit w12, wenn der angegebene Wirkungsgrad zugrunde gelegt wird?

d. Wie groß ist die durchschnittlich erzielbare Leistung der Turbine?

e. Wieviel elektrische Energie kann diese Turbine in einem Jahr (8760 h) bereitstellen?

f. Wieviele Haushalte mit einem durchschnittlichen jährlichen Strombedarf von 3000 kWh können von dem Kraftwerk versorgt werden?

Wasser darf als ideale Flüssigkeit mit einer Dichte von 998 kg/m³ angenommen werden.

"

Kann mir jemand bei der Bearbeitung helfen? Da ich leider wirklich gar nichts verstehe, aber trotzdem gerne die Aufgabe bearbeiten möchte. Natürlich möchte ich keinen kompletten Lösungsweg mit Ergebnissen, mich würde es einfach nur freuen wenn mir jemand Ansätze liefern könnte. Vorab also Danke für jegliche Hilfe. LG

Wasser, Temperatur, Leistung, Strom, Energie, Kraft, Elektrotechnik, Wärme, Formel, kinetische Energie, Mechanik, Physiker, Thermodynamik, Wärmelehre, Wirkungsgrad
Chemie oder Wirtschaftslehre Abi mündlich?

Hallo ,

ich habe mal eine Frage und zwar kann ich mich nicht zwischen der Chemie mündlichen Abiturprüfung und der Wirtschaftslehrerecht Prüfung entscheiden. Vielleicht könntet mir Tipps bei der Entscheidung geben bzw. Von euren Erfahrungen teilen.

Chemie : Schon am Anfang der 12.Klasse war mir klar, dass ich mündlich in die Chemie Prüfung gehen möchte. Jedoch ist das Problem, dass ich in der 12.Klasse bei einem Lehrer hatte, der die Themen aus der 13.Klasse (Organische Chemie, …) behandelt hat. Nun musste ( weiß nicht warum) der Lehrer die Schule wechseln. Jetzt habe ich in der 13.Klasse einen anderen Lehrer bekommen, der die Themen aus der 13.Klasse behandelt, die ich ja bereits in der 12.Klasse hatte. Die Themen, die regulär in der 12.Klasse behandelt wurden, nämlich Thermodynamik und Reaktionskinetik habe ich nicht unterrichtet bekommen und sind aufjedenfall Bestandteil der mündlichen Chemie Prüfung. Ich möchte sogar in die mündliche Chemieprüfung da es mich interessiert und ich bisher nie schlechter als 13 Punkten Grundkurs war ( bisher immer 14 Punkte in den Halbjahren). Jedoch habe ich Angst, dass die Themen bzw. Fragen aus der Thermodynamik drankommen. Na klar, könnte ich mir das selbst erarbeiten. Das kostet aber bestimmt viel Zeit .

Nun zur Wirschaftslehrerecht: Die andere Option ist in die Wirtschaftslehrerecht Prüfung zu gehen. Das Fach ist sehr lernaufwendig und bin naja im Mittleren Bereich. Es gibt da auch zwei Themen, die ich nicht so verstehe. Bisher hatte ich in den Halbjahren 15 , 10 und 11 Punkte.

Was würdet Ihr mir empfehlen beziehungsweise könnt ihr mir vielleicht Tipps geben. Bezüglich welcher Faktoren sollte ich meine Entscheidung treffen. Tut mir leid für den langen Text und entschuldigt für die Grammatik. ( ich bin nicht aus D

Thermodynamik, Abiturprüfung

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