Thermodynamik lernen: Quizze und Übungen für die Qualifikationsphase 1 im Fachgymnasium

Question 1

Wie funktioniert eine Wärmepumpe und welche Vorteile bietet sie für Energieeffizienz und Nachhaltigkeit?

Accepted Answer

Sie entzieht einem kälteren Reservoir Wärme und gibt sie an ein wärmeres Reservoir ab, wobei sie zusätzlich Strom benötigt.

Answer

Sie erzeugt Wärme, indem sie Strom direkt in Wärme umwandelt.

Answer

Sie transportiert Wärme von einem Ort zum anderen, ohne Energie zu verbrauchen.

Answer

Sie nutzt den Joule-Thomson-Effekt, um Wärme zu erzeugen.

Question 2

Was ist Exergie und warum ist sie wichtig für die Beurteilung der Effizienz thermodynamischer Prozesse?

Accepted Answer

Exergie ist die maximale Arbeit, die ein System unter gegebenen Bedingungen leisten kann, ohne seine Umgebung zu verändern.

Answer

Exergie ist die Energie, die ein System bei konstantem Druck und konstanter Temperatur abgeben kann.

Answer

Exergie ist immer gleich der inneren Energie eines Systems.

Answer

Exergie ist für die Beurteilung der Effizienz thermodynamischer Prozesse nicht relevant.

Question 3

Was ist exergetische Effizienz und warum ist sie wichtig für die Beurteilung thermodynamischer Systeme?

Accepted Answer

Das Verhältnis der maximal möglichen theoretischen Arbeit zur tatsächlich geleisteten Arbeit eines Systems, wobei die Energiequalität berücksichtigt wird.

Answer

Das Verhältnis der tatsächlich geleisteten Arbeit zur aufgewendeten Energie.

Answer

Ein Maß für die Entropieerzeugung eines Systems.

Answer

Immer gleich 1 oder 100%.

Question 4

Welche thermodynamischen Herausforderungen entstehen durch die Nutzung erneuerbarer Energien?

Accepted Answer

Unregelmäßige Verfügbarkeit und geringe Energiedichte

Answer

Hohe Kosten und technische Komplexität

Answer

Umweltverschmutzung und begrenzte Ressourcen

Question 5

Wie funktioniert ein Wärmetauscher und warum ist er in thermodynamischen Systemen wichtig?

Accepted Answer

Er ermöglicht die Wärmeübertragung zwischen Flüssigkeiten, ohne dass sie sich vermischen.

Answer

Er wandelt Wärme in mechanische Energie um.

Answer

Er wird nur in Kraftwerken eingesetzt.

Answer

Er kann nur Wärme von wärmeren auf kältere Flüssigkeiten übertragen.

Question 6

Wie trägt die Thermodynamik zur Verbesserung der Energieeffizienz bei?

Accepted Answer

Ermittlung und Minimierung von Energieverlusten in Systemen

Answer

Entwicklung neuer Energiequellen

Answer

Thermodynamik ist für Energieeffizienz nicht relevant

Answer

Thermodynamik zielt darauf ab, den Energieverbrauch zu erhöhen

Question 7

Welcher Hauptsatz der Thermodynamik formuliert den Energieerhaltungssatz in abgeschlossenen Systemen?

Accepted Answer

Erster Hauptsatz

Answer

Zweiter Hauptsatz

Answer

Dritter Hauptsatz

Question 8

Welches Maß beschreibt den Grad an Unordnung in einem System?

Accepted Answer

Entropie

Answer

Energie

Answer

Temperatur

Question 9

In welche Richtung verläuft der Entropiestrom in irreversiblen Prozessen?

Accepted Answer

Vom wärmeren zum kälteren System

Answer

Vom kälteren zum wärmeren System

Answer

Entropie kann nur in geschlossenen Systemen fließen.

Question 10

Welche Reaktion setzt Wärme frei?

Accepted Answer

Verbrennung

Answer

Schmelzen

Answer

Verdunstung

Question 11

Welcher Faktor hat keinen Einfluss auf die Wärmekapazität eines Stoffes?

Accepted Answer

Oberfläche

Answer

Masse

Answer

Spezifische Wärmekapazität

Question 12

Wie verhält sich die Wärmeausdehnung von Festkörpern in Abhängigkeit von der Temperatur?

Accepted Answer

Sie ist direkt proportional zur Temperaturdifferenz.

Answer

Sie ist umgekehrt proportional zur Temperaturdifferenz.

Answer

Sie ist unabhängig von der Temperatur.

Question 13

Welcher Vorgang ist mit einer Zunahme der Entropie verbunden?

Accepted Answer

Ausdehnen eines Gases

Answer

Komprimieren eines Gases

Answer

Kondensation eines Gases

Question 14

Was zeichnet den Carnot-Kreisprozess aus?

Accepted Answer

Er stellt einen idealen Wärmezyklus mit maximaler Effizienz dar.

Answer

Er ist ein irreversibler Prozess.

Answer

Er hat einen Wirkungsgrad von genau 50%.

Question 15

Welche Gleichung beschreibt mathematisch den zweiten Hauptsatz der Thermodynamik?

Accepted Answer

dS ≥ 0

Answer

dE = dQ - dW

Answer

Q = mcΔT

Question 16

Was besagt der erste Hauptsatz der Thermodynamik?

Accepted Answer

Die Änderung der inneren Energie eines Systems ist gleich der Differenz aus zugeführter Wärme und verrichteter Arbeit.

Answer

Die Entropie eines abgeschlossenen Systems nimmt stets zu.

Answer

Die Temperatur eines Systems kann nie den absoluten Nullpunkt erreichen.

Question 17

Was beschreibt der zweite Hauptsatz der Thermodynamik?

Accepted Answer

Die Entropie eines abgeschlossenen Systems nimmt mit der Zeit zu.

Answer

Die innere Energie eines Systems ist eine Zustandsfunktion.

Answer

Die Wärmekapazität eines Stoffes ist temperaturabhängig.

Question 18

Was ist die Entropie?

Accepted Answer

Ein Maß für die Unordnung eines Systems

Answer

Ein Maß für die Energie eines Systems

Answer

Ein Maß für die Temperatur eines Systems

Question 19

Wie lautet die Bedingung für einen isothermen Prozess?

Accepted Answer

Die Temperatur des Systems bleibt konstant.

Answer

Die Entropie des Systems bleibt konstant.

Answer

Die innere Energie des Systems bleibt konstant.

Question 20

Was ist ein adiabatischer Prozess?

Accepted Answer

Ein Prozess, bei dem kein Wärmeaustausch mit der Umgebung stattfindet.

Answer

Ein Prozess, bei dem die Temperatur des Systems konstant bleibt.

Answer

Ein Prozess, bei dem die innere Energie des Systems konstant bleibt.

Question 21

Welche Faktoren beeinflussen die Wärmekapazität eines Stoffes?

Accepted Answer

Masse und spezifische Wärmekapazität

Answer

Temperatur und Druck

Answer

Volumen und Dichte

Question 22

Welche Einheit wird zur Messung von Wärme verwendet?

Accepted Answer

Joule

Answer

Kalorie

Answer

Wattstunde

Question 23

Welcher der folgenden Prozesse ist ein adiabatischer Prozess?

Accepted Answer

Ein Prozess, bei dem kein Wärmeaustausch mit der Umgebung stattfindet und keine Volumenarbeit verrichtet wird

Answer

Ein Prozess, bei dem das Volumen konstant bleibt

Answer

Ein Prozess, bei dem die Temperatur konstant bleibt

Question 24

Welche Art der Wärmeübertragung findet statt, wenn Wärme durch elektromagnetische Wellen übertragen wird?

Accepted Answer

Wärmestrahlung

Answer

Wärmekonvektion

Answer

Wärmeleitung

Answer

Sublimation

Question 25

Welche der folgenden Faktoren beeinflussen die Geschwindigkeit der Wärmeleitung?

Accepted Answer

Temperaturgradient, Wärmeleitfähigkeit und Querschnittsfläche

Answer

Nur Temperaturgradient und Querschnittsfläche

Answer

Nur Wärmeleitfähigkeit und Temperaturgradient

Question 26

Was ist die SI-Einheit der Entropie?

Accepted Answer

Joule pro Kelvin

Answer

Kelvin

Answer

Watt

Answer

Joule

Question 27

Welche der folgenden Aussagen zur Entropie ist falsch?

Accepted Answer

Die Entropie eines Systems kann kleiner als die Summe der Entropien seiner Teile sein

Answer

Die Entropie eines isolierten Systems nimmt mit der Zeit zu

Answer

Die Entropie eines reversiblen Prozesses ist Null

Question 28

Welcher der folgenden Prozesse führt zu einer Zunahme der inneren Energie eines Systems?

Accepted Answer

Zufuhr von Wärme oder Zufuhr von Arbeit

Answer

Entfernung von Wärme

Answer

Entfernung von Arbeit

Question 29

Welche der folgenden Aussagen zum Carnot-Prozess ist korrekt?

Accepted Answer

Der Carnot-Prozess ist ein idealer Kreisprozess mit maximaler Effizienz zwischen zwei Reservoiren mit unterschiedlichen Temperaturen

Answer

Der Carnot-Prozess ist ein Prozess mit konstanter Temperatur

Answer

Der Carnot-Prozess ist ein irreversibler Prozess

Question 30

Welche der folgenden Größen ist keine Zustandsgröße eines thermodynamischen Systems?

Accepted Answer

Zeit

Answer

Temperatur

Answer

Druck

Answer

Volumen

Question 31

Der erste Hauptsatz der Thermodynamik beschreibt die:

Accepted Answer

Energieerhaltung

Answer

Wärmeübertragung

Answer

Entropieänderung

Answer

Temperaturänderung

Question 32

Welche der folgenden Wärmeübertragungsarten erfolgt ohne Transport von Materie?

Accepted Answer

Strahlung

Answer

Konduktion

Answer

Konvektion

Question 33

Die Gibbs-Energie eines Systems ist ein Maß für:

Accepted Answer

die maximale, unter konstanten Temperatur- und Druckbedingungen reversible Arbeit

Answer

die innere Energie des Systems

Answer

die Enthalpie des Systems

Question 34

Die Van-der-Waals-Gleichung berücksichtigt:

Accepted Answer

das Eigenvolumen und die Wechselwirkungen zwischen Molekülen

Answer

nur die Wechselwirkungen zwischen Molekülen

Answer

nur das Eigenvolumen von Molekülen

Question 35

Welcher Faktor beeinflusst die Siedetemperatur einer Flüssigkeit?

Accepted Answer

Druck

Answer

Masse

Answer

Volumen

Question 36

Die spezifische Wärmekapazität eines Stoffes gibt an:

Accepted Answer

die Wärmemenge, die erforderlich ist, um die Temperatur einer Masseneinheit des Stoffes um 1 Kelvin zu erhöhen

Answer

die Wärmemenge, die erforderlich ist, um den Stoff zu schmelzen

Question 37

Welcher Hauptsatz der Thermodynamik besagt, dass die Energie eines abgeschlossenen Systems konstant bleibt?

Accepted Answer

Erster Hauptsatz

Answer

Dritter Hauptsatz

Answer

Zweiter Hauptsatz

Answer

Vierter Hauptsatz

Question 38

Welche der folgenden Aussagen zur Wärmeübertragung ist korrekt?

Accepted Answer

Wärme fließt immer vom wärmeren zum kälteren Körper.

Answer

Wärme fließt nur durch Leitung.

Answer

Wärme fließt immer vom kälteren zum wärmeren Körper.

Question 39

Welche der folgenden Aussagen zur adiabatischen Expansion ist korrekt?

Accepted Answer

Die Temperatur des Gases nimmt ab.

Answer

Das Volumen des Gases bleibt konstant.

Answer

Die innere Energie des Gases bleibt konstant.

Answer

Die Temperatur des Gases nimmt zu.

Question 40

Was ist die Aussage des dritten Hauptsatzes der Thermodynamik?

Accepted Answer

Die Entropie eines perfekten Kristalls bei absolutem Nullpunkt ist Null.

Answer

Wärme fließt immer vom wärmeren zum kälteren Körper.

Answer

Die Energie eines abgeschlossenen Systems ist konstant.

Question 41

Welcher Hauptsatz der Thermodynamik beschreibt, dass die Energieform umgewandelt, aber nicht erschaffen oder vernichtet werden kann?

Accepted Answer

Die Energie kann weder erzeugt noch vernichtet werden, sondern nur umgewandelt werden.

Answer

Wärme fließt immer vom wärmeren zum kälteren Körper.

Answer

Die Entropie eines abgeschlossenen Systems nimmt mit der Zeit zu.

Question 42

Welche Wärmeübertragungsform liegt vor, wenn Wärmeenergie durch elektromagnetische Wellen übertragen wird?

Accepted Answer

Strahlung

Answer

Konduktion

Answer

Latente Wärme

Answer

Konvektion

Question 43

Was beschreibt der Begriff Entropie eines Systems?

Accepted Answer

Ein Maß für die Unordnung oder Zufälligkeit eines Systems

Answer

Die Wärmemenge, die ein System aufnimmt oder abgibt

Answer

Die Temperatur eines Systems

Question 44

Welcher Prozess ist isentrop?

Accepted Answer

Adiabatische Expansion eines idealen Gases

Answer

Isobare Expansion eines idealen Gases

Answer

Isochore Kompression eines idealen Gases

Answer

Isotherme Kompression eines idealen Gases

Question 45

Was ist der Wirkungsgrad eines Wärmekraftwerks?

Accepted Answer

Das Verhältnis der abgegebenen Nutzleistung zur aufgenommenen Wärmemenge

Answer

Das Verhältnis der abgegebenen Wärmemenge zur aufgenommenen Nutzleistung

Answer

Die Differenz zwischen der abgegebenen Nutzleistung und der aufgenommenen Wärmemenge

Question 46

Welche Aussage zum zweiten Hauptsatz der Thermodynamik ist korrekt?

Accepted Answer

Die Entropie eines abgeschlossenen Systems nimmt mit der Zeit zu.

Answer

Die Entropie eines abgeschlossenen Systems bleibt mit der Zeit konstant.

Answer

Die Entropie eines abgeschlossenen Systems nimmt mit der Zeit ab.

Question 47

Ein System nimmt 100 J Wärme auf und verrichtet dabei 50 J Arbeit. Wie groß ist die Änderung der inneren Energie des Systems?

Accepted Answer

50 J

Answer

-50 J

Answer

150 J

Answer

100 J

Question 48

Welche Aussage zum zweiten Hauptsatz der Thermodynamik trifft zu?

Accepted Answer

Wärme kann nicht spontan von einem kälteren zu einem wärmeren Körper fließen.

Answer

Alle thermodynamischen Prozesse sind reversibel.

Answer

In einem abgeschlossenen System kann die Entropie nur zunehmen.

Question 49

Ein ideales Gas wird isobar von 10 l auf 20 l expandiert. Wie groß ist die verrichtete Arbeit?

Accepted Answer

Die Arbeit entspricht dem Produkt aus Druck und Volumenänderung.

Answer

Die Arbeit entspricht der Änderung der inneren Energie.

Answer

Die Arbeit entspricht der zugeführten Wärmemenge.

Question 50

Ein Wärmekraftwerk hat einen Wirkungsgrad von 40 %. Wie viel Wärme muss bei der Verbrennung von 100 J Brennstoff zugeführt werden, um 40 J nutzbare Arbeit zu gewinnen?

Accepted Answer

100 J

Answer

60 J

Answer

40 J

Answer

160 J

Question 51

Ein ideales Gas wird adiabatisch komprimiert. Was geschieht mit der Temperatur des Gases?

Accepted Answer

Die Temperatur steigt.

Answer

Die Temperatur bleibt konstant.

Answer

Die Temperaturänderung hängt vom Druck ab.

Answer

Die Temperatur sinkt.

Question 52

Welche der folgenden Größen ist eine extensive Größe?

Accepted Answer

Volumen

Answer

Druck

Answer

Temperatur

Answer

Dichte

Question 53

Ein Carnot-Kreisprozess zeichnet sich aus durch:

Accepted Answer

maximalen Wirkungsgrad bei minimaler Entropieproduktion.

Answer

ausschließlich irreversible Prozesse.

Answer

nur Wärmeleitung als Energietransport.

Question 54

Ein ideales Gas wird isobar von 100 °C auf 200 °C erwärmt. Was passiert mit dem Volumen des Gases?

Accepted Answer

Es verdoppelt sich.

Answer

Es halbiert sich.

Answer

Es bleibt gleich.

Answer

Es vervierfacht sich.

Question 55

Welche Aussage beschreibt den ersten Hauptsatz der Thermodynamik korrekt?

Accepted Answer

Die Änderung der inneren Energie eines Systems entspricht der Differenz aus zugeführter Wärme und verrichteter Arbeit.

Answer

Wärme kann nicht vollständig in Arbeit umgewandelt werden.

Question 56

Ein Kolben wird mit einem Gewicht belastet und auf einer Heizplatte erwärmt. Welcher Prozess findet statt?

Accepted Answer

Isobare Expansion

Answer

Adiabatische Expansion

Answer

Isochore Erwärmung

Answer

Isotherme Expansion

Question 57

Ein ideales Gas wird adiabatisch komprimiert. Was passiert mit der Temperatur des Gases?

Accepted Answer

Die Temperatur steigt.

Answer

Die Temperatur sinkt.

Answer

Die Temperatur bleibt gleich.

Question 58

Welches thermodynamische Potential beschreibt die maximale Arbeit, die ein System bei konstanter Temperatur verrichten kann?

Accepted Answer

Freie Energie.

Answer

Innere Energie.

Answer

Entropie.

Answer

Enthalpie.

Question 59

Welche Aussage zum Carnot-Prozess ist korrekt?

Accepted Answer

Der Carnot-Prozess ist der theoretisch effizienteste Kreisprozess.

Answer

Der Carnot-Prozess ist ein irreversibler Prozess.

Answer

Der Carnot-Prozess kann mit 100%iger Effizienz arbeiten.