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Welches sind die Basisgrößen und Basiseinheiten des SI?
- Länge in m
- Masse in kg
- Zeit in s
- elektr. Stromstärke in A
- thermodynamische Temperatur in K
- Stoffmenge in mol
- Lichtstärke in cd
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Definiere den Absolutdruck und Überdruck. Welche Druckeinheit verwendet das SI?
- Der absolute Druck ist der Druck gegenüber dem Druck null im leeren Raum. Die Druckdifferenz gegenüber atmospharischem Bezugsdruck wird Überdruck genannt
- Die Einheit ist Pascal
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Was versteht man unter einer empirischen, der thermodynamischen, der internationalen Temperaturskala?
- empirisch: entsteht, wenn man reproduzierbare Temperaturpunkte festlegt und dann die, zwischen zwei Punkten eintretende Verlängerung eines Quecksilberfadens in gleiche Teile teilt
- thermodynamisch: basiert auf der Existenz eines absoluten Nullpunktes, hier ist der Tripelpunkt von Wasser auf 273,15K festgelegt
- international: durch international vereinbarte Temperaturfestpunkte verwirklicht
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Was wird als Nullter Hauptsatz der Thermodynamik bezeichnet?
zwei Systeme mit der gleichen Temperatur sind im thermischen Gleichgewicht
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Was ist ein ideales Gas?
Wenn es bei allen Drücken das ideale Gasgesetz erfüllt
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Gebe die thermische Zustandsgleichung des idealen Gases an
p*v = Ri*T
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Wie ist die spezielle Gaskonstante definiert?
Ri = p*v/T
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Wie lauten und wann gelten die Gesetze von Boyle-Mariotte?
p*V = const. wenn T = const.
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Wie lauten und wann gelten die Gesetze von Gay-Lussac?
V/T = const. wenn p = const.
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Wie ist der physikalische Normzustand festgelegt?
tn = 0°C und pn = 101,325 kPa
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Was besagt das Gesetz von Avogadro?
Bei idealen Gasen ist in gleichem Volumen bei gleichen Drücken und Temperaturen dieselbe Anzahl Moleküle enthalten
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Was versteht man unter Avogadro-Konstante?
Die Zahl der Moleküle in 1 kmol
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Erläutere die Begriffe Kilomol, molare Masse, molares Volumen, Normvolumen.
- Kilomol: die Stoffmenge
- molare Masse: Masse eines kmols
- molares Volumen: Volumen eines kmols
- Normvolumen: das Volumen einer bestimmten Gasmenge im Normzustand
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Wie ist die molare Gaskonstante definiert?
Rm = p*Vm/T
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Wie hängen molare und spezielle Gaskonstante zusammen?
Durch Ri = Rm/M kann man die spezielle Gaskonstante errechnen
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Was versteht man unter Längendehnung?
Das Verhältnis der Längenänderung zur Ausgangslänge
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Bei welchem Stoff ist der thermische Ausdehnungskoeffizient temperaturunabhängig?
Gibt es Stoffe, die sich bei Abkühlung ausdehnen?
- bei idealen Gasen
- Wasser dehnt sich bei Abkühlung unter 4°C aus
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Was versteht man unter geschlossenen bzw. offenen Systemen?
- in einem geschlossenen System befindet sich eine bestimmte Stoffmenge
- ein offenes System ist ein bestimmter Raum mit Stoffdurchfluss
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Was versteht man unter Zustandsgrößen; welche Gruppen von Zustandsgrößen unterscheidet man in der Thermodynamik?
- sie beschreiben die Eigenschaften eines Stoffes
- Unterscheidung in thermische, kalorische, spezifische, molare, intensive und extensive Zustandsgrößen
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Erläutere den Zusammenhang zwischen Prozess und Zustandsänderung
Thermodynamische Prozesse verändern den Zustand eines thermodynamischen Systems und damit dessen Zustandsgrößen
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Welche thermodynamischen Prozesse verlaufen irreversibel?
Dissipationsvorgänge z.B. Reibung und Ausgleichsvorgänge
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Nenne Beispiele für gespeicherte und transportierte Energie
- gespeichert: innere, potenzielle, kinetische
- transportiert: Arbeit, Wärme
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Wie ist die Volumenänderungsarbeit definiert?
an einem geschlossenen System reversibel verrichtete Arbeit
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Wie ist innere Energie definiert?
in einem System gespeicherte Energie
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Wie ist Wärme definiert?
- Wärme ist Energie, die bei einem System mit nichtadiabater Grenze aufgrund eines Temperaturunterschiedes über die Systemgrenze tritt
- Beim geschlossenen System ist sie die Differenz aus der Änderung der inneren Energie und der verrichteten Arbeit
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In welchem System kann technische Arbeit, in welchem Volumenänderungsarbeit auftreten?
- technische Arbeit am offenen System
- Volumenänderungsarbeit am geschlossenen System
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Was ist reversible, technische Arbeit?
die an einem offenen System bei reversibler Zustandsänderung verrichtete Arbeit
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Wie ist Enthalpie definiert?
Enthalpie ist die Summe aus der inneren Energie und dem Produkt p*V
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Was wird als Erster Hauptsatz der Thermodynamik bezeichnet?
Wärme ist eine Energieform. Eine Maschine kann nur Arbeit verrichten, wenn ihr der gleiche Betrag anderer Energie zugeführt wird.
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Wie kann man die spezifische Wärmekapazität messen?
Die spezifische Wärmekapazität ist messbar als die Wärme, mit der man die Temperatur von 1kg eines Stoffes, der keine Phasenänderung erfährt, um 1K steigern kann
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Bei welchen Stoffen ist die Wärmekapazität temperaturabhängig?
bei allen, außer einatomigen idealen Gasen
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Für welche Zustandsänderungen gelten die kalorischen Zustandgleichungen des idealen Gases?
für alle
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Unter welchen Bedingungen gelten die kalorischen Zustandgleichungen des idealen Gases auch bei beliebigen Stoffen?
- du = cv dT bei v = const
- dh = cp dT bei p = const
- in beiden Fällen bei unveränderter Phase
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Was ist das Ergebnis des Überstromungsversuchs von Gay-Lussac und Joule?
Die innere Energie des idealen Gases ist bei konstanter Temperatur vom Volumen unabhängig
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Gebe die Beziehungen zwischen den spezifischen Warmekapazitäten des idealen Gases an. Sind sie temperaturabhängig?
- cp - cv = Ri (nicht temperaturabhängig)
- κ = cp/cv (temperaturabhängig)
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Was versteht man unter molarer Warmekapazität, wie hängt sie mit der spezifischen Warmekapazität zusammen?
- Die auf 1 kmol eines Stoffes bezogene Wärmekapazität
- Cmv = M*cv
- Cmp = M*cp
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Durch welche Merkmale sind irreversible Vorgänge gekennzeichnet?
sie laufen von selbst nur in eine Richtung und dabei wird Energie entwertet
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Wie heißt die älteste Formulierung des 2. Hauptsatzes der Thermodynamik?
Wärme kann nie von selbst von einem System niederer Temperatur auf ein System höherer Temperatur übergehen
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Wie heißt die allgemeinste Form des 2. Hauptsatzes?
Alle natürlichen Prozesse sind irreversibel
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Was stellt die Fläche unter einer Zustandsänderung im T,S-Diagramm dar?
die Summe aus zu- oder abgeführter Wärme und Dissipationsenergie
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In welchem Diagramm kann die bei einem reversiblen Vorgang zu- oder abgeführte Wärme direkt als Fläche dargestellt werden?
Im T,s-Diagramm
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Was versteht man unter Arbeitsprozessen?
es wird technische bzw. reversible Arbeit zugeführt oder entnommen, beispielsweise Verdichterprozesse
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Was versteht man unter Strömungsprozessen?
Es ist keine Zu- oder Abfuhr von Arbeit möglich wie z.B in Rohrleitungen
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Welche Zustandsänderung verläuft im p,V-Diagramm als gleichseitige Hyperbel?
die isotherme Zustandsänderung
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Was stellt die Fläche unter der Zustandsänderung bis zur V-Achse im pV-Diagramm dar?
- Volumenänderungsarbeit bei geschlossenen Systemen
- den Betrag der Wärme bei isothermen, reversiblen Zustandsänderungen
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Wie muss die Systemgrenze bei der isothermen Zustandsänderung beschaffen sein?
nichtadiabat
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Wie ändern sich innere Energie und Enthalpie bei der isothermen Zustandsänderung?
bleiben konstant
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Unter welcher Bedingung verläuft eine Zustandsänderung isentrop?
ds = 0
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Was stellt die Fläche im pV-Diagramm unter der isentropen Zustandsänderung bis zur V-Achse dar?
Volumenänderungsarbeit und Änderung der inneren Energie
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Wie hängen p und V bei der polytropen Zustandsänderung zusammen?
das Produkt p*Vn bleibt konstant
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Bei welchen Werten des Polytropenexponenten n geht die polytrope in eine andere, einfache Zustandsänderung über?
- n = ∞: isochor
- n = 0: isobar
- n = 1: isotherm
- n = κ: isentrop
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Bei welchen Werten für n findet eine annähernd reversible Expansion in der
Praxis statt?
1 < n < κ, n liegt jedoch näher an κ
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Wie verläuft die polytrope Zustandsänderung n = -1 im pV Diagramm?
Gerade durch den Koordinatennullpunkt
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Was ist ein Kreisprozess?
wenn das System wieder seinen Anfangszustand erreicht
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Welche Maschine liegt bei rechts-, linkslaufenden Kreisprozessen vor?
- rechtlaufend = Wärmekraftmaschine
- linkslaufend = Wärmepumpe
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Was versteht man unter Leistungszahl der Wärmepumpe?
(Betrag abgegebene Wärme) / (aufgewendete Arbeit)
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Aus welchen Zustandsänderungen besteht der Carnot-Prozess?
zwei isotherme und zwei isentrope
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Erläutere anhand des Carnot-Faktors welche Prozessführung anzustreben ist und warum ηc = 1 nicht erreicht wird
- Wärmezufuhr ist bei möglichst hoher Temperatur, Wärmeabfuhr bei möglichst niedriger Temperatur anzustreben
- ηc = 1 ist nicht erreichbar, da T3 = 0 K nicht möglich ist, ohne Temperaturgefälle (T3 = T1) wird die Nutzarbeit null
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Wie kann mittels eines Gedankenversuchs die thermodynamische Temperatur definiert werden?
An einer Carnot-Maschine wird der Wirkungsgrad gemessen. Aus ηc = 1- T3/T1 kann durch willkürliche Festlegung einer der beiden Temperaturen die andere berechnet werden
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Was ist eine Drosselung?
die Druckminderung eines strömenden Stoffes ohne Arbeitsabgabe
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Warum wurde der Begriff „Exergie“ eingeführt?
eine besondere Bezeichnung für den umwandelbaren Teil der Energie war vorteilhaft
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Wie lautet die Definition von Exergie und Anergie?
- Exergie ist der Teil der Energie, der sich in einer vorgegebenen Umgebung in jede beliebige Energieform umwandeln lässt.
- Anergie ist der Teil der Energie, der nicht in Exergie umgewandelt werden kann
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Wie ist die Exergie der Wärme definiert?
die Nutzarbeit eines reversiblen Kreisprozesses, bei dem die Wärme bei beliebiger Zustandsänderungen zugeführt wird und die Wärmeabfuhr isotherm bei Umgebungstemperatur erfolgt
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Bei welchen Vorgängen treten Exergieverluste auf?
bei allen irreversiblen
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Welchen Vorteil hat das Exergie- gegenüber dem Energieflussbild?
Das Exergieflussbild zeigt auch die Exergieverluste, die bei irreversiblen Vorgängen auftreten
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Welche Eigenschaften sollen die Vergleichsprozesse der Wärmekraftmaschinen haben?
sie sind idealisiert und sollten das thermodynamische Arbeitsprinzip der Wärmekraftmaschinen möglichst gut wiedergeben
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Welches Ziel wurde mit der Einführung der Vergleichsprozesse verfolgt?
um übersichtliche Gesetzmäßigkeiten für die Nutzarbeit und die Bewertungszahlen zu erhalten, um so Hinweise für die Verbesserung der Prozesse zu finden
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Wie ist der thermische Wirkungsgrad definiert?
(Betrag der Nutzarbeit) / (zugeführte Wärme)
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Wie ist der exergetische Wirkungsgrad definiert?
(Betrag der Nutzarbeit) / (Exergie der zugeführten Wärme)
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Wie ist das Arbeitsverhältnis definiert?
(Nutzarbeit des Vergleichsprozesses) / (bei Druckminderung verrichtete Arbeit)
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Welche Aussage macht das Arbeitsverhältnis über den Vergleichsprozess?
Ein Arbeitsverhältnis nahe eins zeigt, dass der Vergleichsprozess gegenüber Irreversibilität wenig anfällig und daher gut zu realisieren ist
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Welchen Nachteil hat der Joule-Prozess?
mit steigendem thermischem Wirkungsgrad sinkt das Arbeitsverhältnis
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Wie ändert sich der thermische Wirkungsgrad des Joule-Prozesses mit steigender Wärmezufuhr?
Die Wärmezufuhr beeinflusst den thermischen Wirkungsgrad des Joule-Prozesses nicht
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Welche Zustandsänderungen ergeben den Ericsson-Prozess?
zwei isotherme und zwei isobare
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Welche Vor- und Nachteile hat der Ericsson-Prozess gegenüber dem Joule-Prozess?
- Vorteil: Beim Ericsson-Prozess wächst das Arbeitsverhältnis mit steigendem thermischem Wirkungsgrad.
- Nachteil: Der Ericsson-Prozess lässt sich nur durch komplizierte Anlagen und Maschinen verwirklichen
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Welche Vorteile hat die geschlossene Gasturbinenanlage mit äußerer Wärmezufuhr?
- minderwertige, billige Brennstoffe
- höheres Druckniveau
- Teillastwirkungsgrad ist besser
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Welche Vorteile hat die offene Gasturbinenanlage mit innerer Wärmezufuhr?
- kleinere Heizflächen
- geringeres Gewicht
- lassen sich schneller anfahren
- Anlagen sind wirtschaftlicher
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Welche drei Vergleichsprozesse werden nach der Art der Wärmezufuhr bei den Verbrennungsmotoren unterschieden?
man unterscheidet Otto-Prozess (Gleichraumprozess), Diesel-Prozess (Gleichdruckprozess) und Seiliger-Prozess (Gemischter Vergleichsprozess)
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Warum kann das Verdichtungsverhältnis des Otto-Motors nicht beliebig gesteigert werden?
es ist durch die Gefahr der Selbstentzündung des angesaugten, brennbaren Gemisches begrenzt
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Wie heißt der als Rotationskolbenmaschine arbeitende Verbrennungsmotor?
Wankel-Motor
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Bei welchem Druckverhältnis ist der Arbeitsaufwand bei einer zweistufigen Verdichtung mit Zwischenkühlung am kleinsten?
wenn die Druckverhältnisse der beiden Stufen gleich groß sind
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Warum ist das Restvolumen beim Kolbenverdichter ein „Schadraum"?
durch die Rückdehnung des in diesem Raum verbleibenden Gases kann nur ein Teil des Hubvolumens zum Ansaugen genutzt werden
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Wie ist der Füllungsgrad des Kolbenverdichters definiert?
angesaugtes Volumens/Hubvolumen
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Wie ist der Liefergrad des Kolbenverdichters definiert?
(geforderte Gasmasse) / (Gasmasse die das Hubvolumen im Ansaugezustand füllen würde)
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Warum ist der Liefergrad eines Kolbenverdichters kleiner als der Füllungsgrad?
durch Erwärmen und Drosseln des Gases beim Ansaugen ist die angesaugte Gasmenge durch Änderung der Dichte geringer
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Was verstehen Sie unter einem homogenen Gemisch?
besteht aus einer Phase
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Was verstehen Sie unter einem binären Gemisch?
besteht aus zwei Komponenten
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Erläutere den Begriff ideales Gemisch
Gemischvolumen ist die Summe der Volumen der ungemischten Komponenten
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Erläutere den Begriff Volumenkontraktion
Gemischvolumen ist kleiner als die Summe der Volumen der ungemischten Komponenten
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Wie lautet das Gesetz von Dalton?
Der Partialdruck einer Gaskomponente im Gemisch ist gleich dem Druck, den die Komponente alleine bei gleicher Temperatur annimmt
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Wie erklärt sich die Irreversibilität (Entropiezunahme) bei der isothermen und isobaren Gemischbildung idealer Gase?
es diffundieren die zunächst ungemischten Komponenten vom Gesamtdruck p auf den Partialdruck ohne Abgabe von Arbeit
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Warum ist die Mischbarkeit von Wasserdampf in trockener Luft begrenzt?
Der Partialdruck des Wasserdampfes in der feuchten Luft kann den Sättigungsdruck nicht überschreiten
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Was bedeutet der übersättigte Zustand eines Gas-Dampf-Gemisches?
Es liegt eine Gas- und Kondensatphase vor, wobei die Gasphase gesättigt ist
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Welche Arten der Wärmeübertragung sind möglich?
- Wärmeleitung
- konvektive Wärmeübertragung
- Wärmestrahlung
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Wovon hängt der Wärmeübergangskoeffizient ab?
- Stoffeigenschaften
- Strömungszustand des Fluids
- Form der Heizfläche
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Was versteht man unter freier und erzwungener Konvektion?
- freie Konvektion: die Strömung wird durch die Wärmeübertragung selbst verursacht
- erzwungene Konvektion: die Bewegung wird durch Pumpen oder Gebläse hervorgerufen
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Welche drei Ausführungsarten von Wärmeübertragern sind möglich?
- Rekuperatoren
- Regeneratoren
- Mischwärmeübertrager
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Welche Strömungsführung wird bei Wärmeübertragung angewandt?
- Gegenstrom
- Gleichstrom
- Kreuzstrom
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Welche Strömung ergibt bei gleichem Wärmedurchgangskoeffizienten die bessere Wärmeübertragungsleistung? Ursache?
die Leistung ist bei Gegenstrom am höchsten, da die mittlere logarithmische Temperaturdifferenz hierbei am höchsten ist
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Die isotherme Verdichtung von 1 kmol Stickstoff und 1 kmol Helium unter gleichen physikalischen Bedingungen ist zu vergleichen. Welchen Einfluss hat die Gasart auf die Volumenänderungsarbeit, die ubertragene Wärme und die Zustandsgrößen nach der Verdichtung?
Die Gasart ist bei gleicher Stoffmenge ohne Einfluss
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Wie ändert sich die innere Energie eines geschlossenen Systems mit starren Grenzen, wenn es adiabat ist und 10 kJ in Form von Dissipationsenergie zugeführt werden?
U steigt um 10 kJ
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Wie ändert sich die innere Energie eines geschlossenen Systems mit starren Grenzen, wenn es nichtadiabat ist und 10 kJ in Form von Wärme zugeführt werden?
um 10 kJ
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Wie ändert sich die innere Energie eines geschlossenen Systems mit starren Grenzen, wenn es nichtadiabat ist und 10 kJ in Form von Dissipationsenergie und weitere 10 kJ in Form von Wärme zugeführt werden?
um 20 kJ
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