Physik Thermodynamik – Entropie und Kreisprozesse
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14 KartenWie wird Entropie thermodynamisch definiert?
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Entropie S ist eine Zustandsgröße mit dS = δQ_rev/T; sie misst die nicht nutzbare Energie pro Temperatur.
Was besagt der zweite Hauptsatz nach Clausius?
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Wärme kann sich nicht von selbst von einem kälteren auf einen wärmeren Körper übertragen, ohne dass außen Arbeit verrichtet wird.
Wie berechnet man die Entropieänderung bei reversiblen Prozessen?
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ΔS = ∫(δQ_rev/T) vom Anfangs- zum Endzustand; der Integralwert ist wegunabhängig, da Entropie Zustandsgröße ist.
Was passiert mit der Entropie bei irreversiblen Prozessen?
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Die Entropie des abgeschlossenen Systems nimmt zu: ΔS > ∫(δQ/T); die Differenz ist die Entropieproduktion durch Irreversibilität.
Was besagt der dritte Hauptsatz der Thermodynamik (Nernst)?
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Die Entropie eines reinen, perfekt geordneten Kristalls geht gegen null, wenn die Temperatur gegen 0 K strebt.
Welche vier Zustandsänderungen durchläuft der Carnot-Prozess?
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Isotherme Expansion, adiabate Expansion, isotherme Kompression, adiabate Kompression – zwei Isothermen, zwei Adiabaten.
Wie lautet der Carnot-Wirkungsgrad für eine Wärmemaschine?
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η_C = 1 - T_kalt/T_heiß (in Kelvin); er ist der maximal mögliche Wirkungsgrad zwischen zwei Temperaturniveaus.
Was stellt die Fläche im T-S-Diagramm eines Kreisprozesses dar?
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Die umschlossene Fläche entspricht der technischen Arbeit W_t = ∮T·dS = Q_zu - Q_ab des Kreisprozesses.
Was stellt die Fläche im p-V-Diagramm eines Kreisprozesses dar?
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Die umschlossene Fläche entspricht der Kreisarbeit W = ∮p·dV; bei Uhrzeigersinn positive Arbeit (Maschine), gegen Uhrzeigersinn negative (Kälteanlage).
Worin unterscheidet sich der Clausius-Rankine-Prozess vom Carnot-Prozess?
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Isobare Wärmeaufnahme/abgabe statt isothermer; realistisch für Dampfkraftwerke, aber geringerer Wirkungsgrad als Carnot bei gleichen Temperaturen.
Warum erreichen reale Kreisprozesse nie den Carnot-Wirkungsgrad?
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Reibung, endliche Temperaturdifferenzen beim Wärmeübergang, Druckverluste und nicht-ideale Arbeitsmedien erzeugen Entropie und mindern nutzbare Arbeit.
Was versteht man unter Exergie und Anergie?
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Exergie: maximal nutzbare Arbeit bei Ausgleich mit der Umgebung; Anergie: Energieanteil, der nicht in Arbeit umgewandelt werden kann (T_umg·ΔS).
Wann ist ein thermodynamisches Gleichgewicht stabil?
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Bei konstanter Energie und Volumen ist das Gleichgewicht stabil, wenn die Entropie maximal ist (Entropiemaximumprinzip).
Wie hängen innere Energie, Enthalpie und Entropie über Maxwell-Beziehungen zusammen?
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Aus dU = T·dS - p·dV und dH = T·dS + V·dp folgen z. B. (∂T/∂V)_S = -(∂p/∂S)_V – nützlich für schwer messbare Größen.