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.

4. Test

Hauptsätze der Thermodynamik und Entropie online üben

Test 4 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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Falsch 0
Offen 5
1. FrageMultiple Choice

Was ist Volumenarbeit?

Bitte wähle zuerst eine Antwort aus.

Richtige Antwort: B

Die richtige Antwort ist: Arbeit, die bei einer Änderung des Volumens gegen einen Druck verrichtet wird..

  1. System und Energiefluss erkennen: Bestimme Systemgrenze, Wärmeübertragung, Arbeit und Zustandsänderung.
  2. Hauptsatz anwenden: Bei einem Gas kann Expansion Arbeit an der Umgebung leisten; bei Kompression wird Arbeit am Gas verrichtet.
  3. Ergebnis prüfen: Das Ergebnis lautet Arbeit, die bei einer Änderung des Volumens gegen einen Druck verrichtet wird.. Achte auf Vorzeichen, Einheiten, Wirkungsgrad und Richtung des Prozesses.

Bei einem Gas kann Expansion Arbeit an der Umgebung leisten; bei Kompression wird Arbeit am Gas verrichtet.

2. FrageMultiple Choice

Welche Arbeit verrichtet ein Gas bei konstantem Volumen idealisiert?

Bitte wähle zuerst eine Antwort aus.

Richtige Antwort: A

Die richtige Antwort ist: Keine Volumenarbeit, weil ΔV = 0 ist..

  1. System und Energiefluss erkennen: Bestimme Systemgrenze, Wärmeübertragung, Arbeit und Zustandsänderung.
  2. Hauptsatz anwenden: Mit W = p·ΔV ist die Volumenarbeit bei unverändertem Volumen null.
  3. Ergebnis prüfen: Das Ergebnis lautet Keine Volumenarbeit, weil ΔV = 0 ist.. Achte auf Vorzeichen, Einheiten, Wirkungsgrad und Richtung des Prozesses.

Mit W = p·ΔV ist die Volumenarbeit bei unverändertem Volumen null.

3. FrageMultiple Choice

Was geschieht mit der inneren Energie bei adiabatischer Kompression?

Bitte wähle zuerst eine Antwort aus.

Richtige Antwort: D

Die richtige Antwort ist: Sie kann zunehmen, weil Arbeit am Gas verrichtet wird..

  1. System und Energiefluss erkennen: Bestimme Systemgrenze, Wärmeübertragung, Arbeit und Zustandsänderung.
  2. Hauptsatz anwenden: Ohne Wärmeaustausch führt die zugeführte Arbeit zu einer Erhöhung der inneren Energie und oft der Temperatur.
  3. Ergebnis prüfen: Das Ergebnis lautet Sie kann zunehmen, weil Arbeit am Gas verrichtet wird.. Achte auf Vorzeichen, Einheiten, Wirkungsgrad und Richtung des Prozesses.

Ohne Wärmeaustausch führt die zugeführte Arbeit zu einer Erhöhung der inneren Energie und oft der Temperatur.

4. FrageMultiple Choice

Was geschieht bei einer freien Expansion eines idealen Gases in ein Vakuum?

Bitte wähle zuerst eine Antwort aus.

Richtige Antwort: C

Die richtige Antwort ist: Im idealisierten Fall ist die verrichtete äußere Arbeit null..

  1. System und Energiefluss erkennen: Bestimme Systemgrenze, Wärmeübertragung, Arbeit und Zustandsänderung.
  2. Hauptsatz anwenden: Gegen ein Vakuum gibt es keinen äußeren Druck; bei einem idealen Gas kann ΔU dabei null sein.
  3. Ergebnis prüfen: Das Ergebnis lautet Im idealisierten Fall ist die verrichtete äußere Arbeit null.. Achte auf Vorzeichen, Einheiten, Wirkungsgrad und Richtung des Prozesses.

Gegen ein Vakuum gibt es keinen äußeren Druck; bei einem idealen Gas kann ΔU dabei null sein.

5. FrageMultiple Choice

Warum ist Arbeit wie Wärme ein Übertragungsweg und keine gespeicherte Eigenschaft?

Bitte wähle zuerst eine Antwort aus.

Richtige Antwort: B

Die richtige Antwort ist: Beide beschreiben Energie, die eine Systemgrenze überquert..

  1. System und Energiefluss erkennen: Bestimme Systemgrenze, Wärmeübertragung, Arbeit und Zustandsänderung.
  2. Hauptsatz anwenden: Nach dem Übertrag ändert sich eine Zustandsgröße wie die innere Energie; Wärme und Arbeit selbst sind Prozessgrößen.
  3. Ergebnis prüfen: Das Ergebnis lautet Beide beschreiben Energie, die eine Systemgrenze überquert.. Achte auf Vorzeichen, Einheiten, Wirkungsgrad und Richtung des Prozesses.

Nach dem Übertrag ändert sich eine Zustandsgröße wie die innere Energie; Wärme und Arbeit selbst sind Prozessgrößen.

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.