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Hauptsätze der Thermodynamik sicher verstehen

Die Thermodynamik beschreibt Wärme, Arbeit, innere Energie und die Richtung natürlicher Prozesse. Der nullte, erste und zweite Hauptsatz bilden die Grundlage für viele Energie- und Wärmeaufgaben.

Auf dieser Seite übst du Systemgrenzen, Energieerhaltung, Volumenarbeit, Entropie, reversible und irreversible Prozesse, Carnot-Wirkungsgrad, Wärmekraftmaschinen, Kühlschränke und Wärmepumpen.

So löst du thermodynamische Aufgaben

  1. Definiere System und Umgebung.
  2. Lege die Vorzeichen von Wärme und Arbeit fest.
  3. Wende ΔU = Q − W beziehungsweise den passenden Zusammenhang an.
  4. Prüfe Entropierichtung, Wirkungsgrad und Energieeinheiten.

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Hauptsätze der Thermodynamik und Entropie online üben

Test 10 zu Thermodynamik und Entropie mit 5 Aufgaben und Lösungen.

Wähle eine Antwort. Achte auf Systemgrenze, Vorzeichen von Wärme und Arbeit sowie den zweiten Hauptsatz.

5 Fragen
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Richtig 0
Falsch 0
Offen 5
1. FrageMultiple Choice

Ein System erhält 800 J Wärme und verrichtet 500 J Arbeit. Wie groß ist ΔU?

Bitte wähle zuerst eine Antwort aus.

Richtige Antwort: D

Die richtige Antwort ist: 300 J.

  1. System und Energiefluss erkennen: Bestimme Systemgrenze, Wärmeübertragung, Arbeit und Zustandsänderung.
  2. Hauptsatz anwenden: Nach ΔU = Q − W gilt 800 J − 500 J = 300 J.
  3. Ergebnis prüfen: Das Ergebnis lautet 300 J. Achte auf Vorzeichen, Einheiten, Wirkungsgrad und Richtung des Prozesses.

Nach ΔU = Q − W gilt 800 J − 500 J = 300 J.

2. FrageMultiple Choice

Ein Gas wird mit 200 J Arbeit komprimiert und gibt 50 J Wärme ab. Wie ändert sich U?

Bitte wähle zuerst eine Antwort aus.

Richtige Antwort: C

Die richtige Antwort ist: Sie nimmt um 150 J zu..

  1. System und Energiefluss erkennen: Bestimme Systemgrenze, Wärmeübertragung, Arbeit und Zustandsänderung.
  2. Hauptsatz anwenden: Bei Arbeit am Gas gilt W vom System = −200 J; Q = −50 J. Somit ΔU = −50 − (−200) = 150 J.
  3. Ergebnis prüfen: Das Ergebnis lautet Sie nimmt um 150 J zu.. Achte auf Vorzeichen, Einheiten, Wirkungsgrad und Richtung des Prozesses.

Bei Arbeit am Gas gilt W vom System = −200 J; Q = −50 J. Somit ΔU = −50 − (−200) = 150 J.

3. FrageMultiple Choice

Eine Wärmekraftmaschine nimmt 2,0 kJ auf und gibt 0,5 kJ an das kalte Reservoir ab. Welche Arbeit liefert sie idealisiert?

Bitte wähle zuerst eine Antwort aus.

Richtige Antwort: B

Die richtige Antwort ist: 1,5 kJ.

  1. System und Energiefluss erkennen: Bestimme Systemgrenze, Wärmeübertragung, Arbeit und Zustandsänderung.
  2. Hauptsatz anwenden: Energieerhaltung im Kreisprozess: W = Q_warm − Q_kalt = 2,0 − 0,5 = 1,5 kJ.
  3. Ergebnis prüfen: Das Ergebnis lautet 1,5 kJ. Achte auf Vorzeichen, Einheiten, Wirkungsgrad und Richtung des Prozesses.

Energieerhaltung im Kreisprozess: W = Q_warm − Q_kalt = 2,0 − 0,5 = 1,5 kJ.

4. FrageMultiple Choice

Ein Kühlschrank entzieht dem Innenraum 400 J und nimmt 100 J Arbeit auf. Wie viel Wärme gibt er ab?

Bitte wähle zuerst eine Antwort aus.

Richtige Antwort: A

Die richtige Antwort ist: 500 J.

  1. System und Energiefluss erkennen: Bestimme Systemgrenze, Wärmeübertragung, Arbeit und Zustandsänderung.
  2. Hauptsatz anwenden: Die abgegebene Wärme ist Q_warm = Q_kalt + W = 400 J + 100 J.
  3. Ergebnis prüfen: Das Ergebnis lautet 500 J. Achte auf Vorzeichen, Einheiten, Wirkungsgrad und Richtung des Prozesses.

Die abgegebene Wärme ist Q_warm = Q_kalt + W = 400 J + 100 J.

5. FrageMultiple Choice

Ein Prozess hat eine aufgenommene Wärme von 1200 J und eine Nutzarbeit von 360 J. Wie groß ist η?

Bitte wähle zuerst eine Antwort aus.

Richtige Antwort: D

Die richtige Antwort ist: 30 Prozent.

  1. System und Energiefluss erkennen: Bestimme Systemgrenze, Wärmeübertragung, Arbeit und Zustandsänderung.
  2. Hauptsatz anwenden: η = 360/1200 = 0,30 = 30 Prozent.
  3. Ergebnis prüfen: Das Ergebnis lautet 30 Prozent. Achte auf Vorzeichen, Einheiten, Wirkungsgrad und Richtung des Prozesses.

η = 360/1200 = 0,30 = 30 Prozent.

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Hauptsätze der Thermodynamik FAQ

Was besagt der erste Hauptsatz?

Energie wird erhalten. Die Änderung der inneren Energie ergibt sich aus zugeführter Wärme und verrichteter Arbeit, zum Beispiel ΔU = Q − W.

Was besagt der zweite Hauptsatz?

Natürliche Prozesse besitzen eine bevorzugte Richtung; die Entropie eines abgeschlossenen Systems nimmt nicht ab.

Warum erreicht eine Wärmekraftmaschine nie 100 Prozent Wirkungsgrad?

Sie muss einen Teil der Wärme an ein kälteres Reservoir abgeben; außerdem entstehen in realen Maschinen Verluste.