Physik Forum

[mops]

Eine Ölleitung transportiere bei laminarer Strömung pro Sekunde 0,3 m³ Öl mit der Viskosität 0,8 Pa · s. Wie groß ist bei gleicher Druckdifferenz die pro Sekunde transportierte Ölmenge, wenn die Viskosität infolge Temperaturerhöhung auf 0,2 Pa · s absinkt?
A 76,8 m³
B 1,2 m³
C 0,75 m³
D 16 mal so groß
E 0,6 m³


nur mal eben eine Verständnisfrage dazu. Die richtige Lösung der Aufgabe ist B mit 1,2m³. Ist tatsächlich die transportierte Ölmenge 4 mal so groß, weil die Viskosität um 4 mal kleiner ist, oder ist das bei dieser Aufgabe reiner Zufall???!

[mops]

Aufgabe 12)
In einem Gefäß befindet sich 1 l Wasser mit einer Temperatur von 20 °C. Hinein geben wir 200 g Kupfer, das zuvor in kochendem Wasser auf 100 °C aufgeheizt wurde. Welche Temperatur haben Wasser und Kupfer nach Temperaturausgleich (ohne Wärmeaufnahme aus oder -Abgabe an die Umgebung)? Spezifische Wärme von Kupfer: 0,38 kJ/(kg K)
A etwa 21,8 °C
B etwa 21,4 °C
C etwa 21,0 °C
D etwa 36 °C
E etwa 24 °C

[mops]

Aufgabe 13)
Sie geben einen Eiswürfel (Kantenlänge 2 cm, 0 °C) in 200 ml Apfelsaft, da er Ihnen mit 20 °C nicht erfrischend genug ist. Welche Temperatur hat das Getränk etwa, nachdem sich das Eis aufgelöst hat?
A 16,2 °C
B 7,4 °C
C 13,6 °C
D 10,8 °C
E 19,2 °C

Ok also hier weiß ich dass ich ausrechnen muss wieviel Energie ich benötige um das Eis zu schmelzen, aber wie geht es dann weiter?

[DK2ZA]

Aufgabe 10)

Laut Formelsammlung beträgt die Dichte von Helium bei 0°C und 1013mbar = 101300Pa genau 0,179kg/m³.

20°C ist etwas wärmer und 100000Pa ist etwas weniger Druck, also ist die Dichte hier ein wenig geringer, nämlich 0,166kg/m³. Die anderen Werte liegen zu weit entfernt.

Zur allgemeinen Frage siehe WIKIPEDIA "ideales Gas" unter "Gültigkeitsbereich".


GRUSS, DK2ZA

[DK2ZA]

Aufgabe 11)


Das Gesetz von Hagen-Poiseuille lautet

Durchflussmenge/Zeit = Pi * Rohrradius^4 * Druckunterschied / (8 * Viskosität * Rohrlänge)


Also:

Wenn die Viskosität auf 1/4 sinkt, steigt die Durchflussmenge/Zeit auf das Vierfache, nämlich 1,2m³/s.


Wichtig:

Wenn der Rohrradius verdoppelt wird steigt Durchflussmenge/Zeit auf das 2^4 = 16- fache!


GRUSS, DK2ZA

[DK2ZA]

Aufgabe 12)


Kupfer gibt Wärmeenergie an das Wasser ab (dessen Temperatur dabei steigt), bis beide die gleiche Temperatur Tmisch haben.

cCu = 380J/(kg*°C) = spezifische Wärmekapazität von Kupfer

cH2O = 4190J/(kg*°C) = spezifische Wärmekapazität von Wasser


Vom Kupfer abgegebene Wärmeenergie:

QCu = mCu * cCu * (TCu - Tmisch)

QCu = 0,2kg * 380J/(kg*°C) * (100°C - Tmisch)


Vom Wasser aufgenommene Wärmeenergie:

QH2O = mH2O * cH2O * (Tmisch - TH2O)

QH2O = 1kg * 4190J/(kg*°C) * (Tmisch - 20°C)


Das Kupfer ist von Wasser umgeben. Also ist

QCu = QH2O

0,2kg * 380J/(kg*°C) * (100°C - Tmisch) = 1kg * 4190J/(kg*°C) * (Tmisch - 20°C)

7600J - 76J/°C * Tmisch = 4190J/°C * Tmisch - 83800J

91400J = 4266J/°C * Tmisch

Tmisch = 91400J / 4266J/°C

Tmisch = 21,4°C


GRUSS, DK2ZA

[DK2ZA]

Aufgabe 13)



Eis hat bei 0°C die Dichte 917kg/m³.

Das Volumen des Würfels ist (0,02m)³ = 0,000008m³

Seine Masse beträgt folglich m = 917kg/m³ * 0,000008m³ = 0,007336kg

Die spezifische Schmelzwärme von Wassereis ist 334000J/kg

Um den Eiswürfel zu schmelzen werden also 334000J/kg * 0,007336kg = 2450,224J gebraucht.

Dann haben wir 0,007336kg Wasser von 0°C.

Die Schmelzenergie des Eises wird dem Apfelsaft entzogen. Dessen Temperatur sinkt dadurch um deltaT.

Q = mApfelsaft * cApfelsaft * deltaT

2450,224J = 0,2kg * 4190J/(kg*°C) * deltaT

deltaT = 2,92°C


Der Apfelsaft hat also jetzt 20°C - 2,92°C = 17,08°C.


Nun folgt eine Abwandlung von Aufgabe 12.

0,007336kg Wasser von 0°C werden gemischt mit 0,2kg Wasser von 17,08°C.


Die spezifische Wärmekapazität von Wasser steht auf beiden Seiten der Gleichung als Faktor und hebt sich heraus.

Also:


0,007336kg * (Tmisch - 0°C) = 0,2kg * (17,08°C - Tmisch)

0,007336kg * Tmisch = 3,415kg*°C - 0,2kg * Tmisch

0,207336kg * Tmisch = 3,415kg*°C

Tmisch = 16,472°C


GRUSS, DK2ZA

[mops]

Es gibt leider immer noch ein fragezeichen über meinem kopf

Aufgabe 14)
Wie groß ist etwa der Sehwinkel, unter dem man einen 50 μm großen Gegenstand
mit einem Mikroskop mit der Vergrößerung 600 sieht?
Aufgabe 2
A 7 Grad
B 0,12 Grad
C 1 Grad
D 12 Grad
E 27 Grad

[mops]

Aufgabe 14)
Welchen Durchmesser hat ein Luftballon in 10 m Wassertiefe, wenn sein Durchmesser
an der Oberfläche 30 cm ist?
Aufgabe 3
A 21,2 cm
B 15 cm
C Er bleibt gleich.
D 25,6 cm
E 23,8 cm

[mops]

A16)
Durch zwei parallel geschaltete Widerstände (R1 = 100 Ω, R2 = 300 Ω) fließt insgesamt
ein Strom von 2 A. Dabei entsteht an beiden Widerständen Wärme.
Wie groß ist die Wärmeleistung an Widerstand R2?
Aufgabe 6
A 150 W
B 600 W
C 75 W
D 100 W
E 300 W

[mops]

A17)
Ein senkrecht stehendes Rohr (Durchmesser 3 cm) ist 5 m hoch mit Wasser gefüllt.
Wie lange dauert es, bis der Wasserstand auf 2,5 m abgesunken ist, wenn dass Wasser
unten durch eine 10 cm lange Kapillare (Innendurchmesser 0,8 mm) ausläuft?
Rechnen Sie mit einer Viskosität von 1 mPa·s für Wasser.
Aufgabe 10
A etwa 8 min
B etwa 6 min
C etwa 7000 s
D etwa 12 min
E etwa 16 min

[mops]

A18)
Wie lange braucht ein Elektron mit einer Bewegungsenergie von 1 eV, wenn es mit
konstanter Geschwindigkeit bis zum Mond fliegt (Abstand 400000 km)?
Aufgabe 11
A etwa 1 Woche
B etwa 11 Minuten
C etwa 6 Sekunden
D etwa 1 Stunde
E etwa 1 Tag

[mops]

A19)
Bei einem Einfallswinkel von 45° wird ein Lichtstrahl beim Übergang von Luft in
Glas um 15 Grad abgelenkt.
Wie groß ist der Ablenkwinkel beim Übergang von Wasser (n = 1,33) in Glas
(gleiche Glassorte, gleicher Einfallswinkel)?
Aufgabe 21
A 1,67°
B 3,32°
C 9,45°
D 0,94°
E 4,81°

[DK2ZA]

Aufgabe 14)


An der Oberfläche ist der Luftdruck etwa 1 bar.
Mit jeweils 10m Wassertiefe steigt der Druck um 1 bar.
In 10m Wassertiefe haben wir also 2 bar.

Für ein ideales Gas bei konstanter Temperatur gilt p1 * V1 = p2 * V2

Daraus folgt

V2 = p1/p2 * V1

V2 = 1 bar / 2 bar * V1

V2 = 1/2 * V1


Das Volumen des kugelförmigen Ballons ist in 10m Tiefe also halb so groß.


An der Oberfläche war das Volumen

V1 = 4/3 * r³ * Pi

V1 = 4/3 * (0,15m)³ * Pi


In 10m Tiefe ist der Kugelradius r2:

V2 = 4/3 * (r2)³ * Pi

Wir wissen, dass

V2 = 1/2 * V1

V2 = 1/2 * 4/3 * (0,15m)³ * Pi


Folglich ist

4/3 * (r2)³ * Pi = 1/2 * 4/3 * (0,15m)³ * Pi

(r2)³ = 1/2 * (0,15m)³

(r2)³ = 0,0016875m³

r2 = 0,119m


Der Durchmesser des Ballons in 10m Tiefe ist also

d = 2 * r2 = 23,8cm


GRUSS, DK2ZA

[DK2ZA]

A16)


Die Widerstände sind parallel geschaltet, d.h. an beiden liegt die gleiche Spannung.

Durch R1 fließt dann dreimal so viel Strom wie durch R2.

Wir teilen den Strom in vier gleiche Teile zu jeweils 0,5 A.

Eines (I2 = 0,5 A) fließt durch R2, drei (I1 = 1,5 A) durch R1.


Die Spannung an R2 ist

U2 = R2 * I2

U2 = 300 Ohm * 0,5 A

U2 = 150 V


Die Wärmeleistung von R2 ist

P2 = U2 * I2

P2 = 150V * 0,5 A

P2 = 75 W



GRUSS, DK2ZA