Thermodynamik lernen: Quizfragen und Übungen für Klasse 13

Question 1

Frage:

Wie beeinflusst die Entropie die Spontaneität einer Reaktion? Erläutere dies anhand eines Beispiels und erkläre, wie die damit verbundene Entropieänderung zur Spontaneität beiträgt.

Accepted Answer

Die Entropie, ein Maß für die Unordnung, bestimmt die Spontaneität. Spontane Prozesse erhöhen die Gesamtentropie.

Answer

Die Entropie, ein Maß für die Energie, bestimmt die Spontaneität. Spontane Prozesse verringern die Gesamtentropie.

Answer

Die Entropie, ein Maß für die Temperatur, bestimmt die Spontaneität. Spontane Prozesse erhöhen die Temperatur.

Answer

Die Entropie hat keinen Einfluss auf die Spontaneität.

Question 2

Bei einem reversiblen Prozess findet kein Wärmeaustausch statt. Wie verhält sich die Entropie des Systems?

Accepted Answer

Die Entropie bleibt gleich.

Answer

Die Entropie steigt.

Answer

Die Entropie sinkt.

Answer

Die Entropie kann nicht bestimmt werden.

Question 3

Was sind thermodynamische Diagramme und wie können sie zur Analyse thermodynamischer Prozesse eingesetzt werden?

Accepted Answer

Thermodynamische Diagramme sind grafische Darstellungen von Größen wie Druck, Volumen und Temperatur, die die Analyse thermodynamischer Prozesse erleichtern.

Answer

Thermodynamische Diagramme werden nur für ideale Gase verwendet.

Answer

h-x-Diagramme zeigen ausschließlich Enthalpieänderungen.

Answer

Thermodynamische Diagramme haben keine praktische Anwendung in der Technik.

Question 4

Was ist ein isochorer Prozess? Nenne ein technisches Beispiel für eine Anwendung, die sich isochor verhält.

Accepted Answer

Isochorer Prozess: Ein Prozess, bei dem sich das Volumen nicht ändert. Beispiel: Erhitzen eines Gases in einem geschlossenen Behälter.

Answer

Isobarer Prozess: Ein Prozess, bei dem sich der Druck nicht ändert.

Answer

Adiabater Prozess: Ein Prozess, bei dem keine Wärme ausgetauscht wird.

Answer

Isothermaler Prozess: Ein Prozess, bei dem sich die Temperatur nicht ändert.

Question 5

Frage: Laut dem dritten Hauptsatz der Thermodynamik beträgt die Entropie eines perfekten Kristalls bei absolutem Nullpunkt:

Accepted Answer

null

Answer

positiv und ungleich Null

Answer

unendlich groß

Answer

negativ

Question 6

Frage: Wie beeinflussen die einzigartigen thermodynamischen Eigenschaften von Nanomaterialien, insbesondere ihre Reaktivität und Wärmeübertragung, ihre praktischen Anwendungen?

Accepted Answer

Option 1: Die große Oberfläche von Nanomaterialien erhöht ihre Reaktivität und Wärmeübertragung.

Answer

Nanomaterialien haben eine geringere Wärmekapazität als größere Materialien.

Answer

Nanomaterialien haben eine geringere Wärmekapazität als größere Materialien.

Answer

Nanomaterialien haben eine geringere Wärmekapazität als größere Materialien.

Question 7

Wie beeinflusst die Thermodynamik die Erdatmosphäre? Erläutere, wie thermodynamische Prozesse Wetter und Klima prägen.

Accepted Answer

Thermodynamik erklärt die Temperaturverteilung in der Atmosphäre und Phänomene wie Wolkenbildung und Niederschlag.

Answer

Thermodynamik ist in der Erdatmosphäre irrelevant.

Answer

Thermodynamische Prozesse wirken sich nur auf das Wetter, nicht auf das Klima aus.

Question 8

Wie wird der dritte Hauptsatz der Thermodynamik genutzt, um absolute Entropiewerte zu bestimmen?

Accepted Answer

Durch die Annahme, dass die Entropie reiner, kristalliner Substanzen am absoluten Nullpunkt Null ist

Answer

Durch Extrapolation der molaren Wärmekapazität auf den absoluten Nullpunkt

Answer

Durch Vergleich mit einem Referenzsystem mit bekannter Entropie

Answer

Der dritte Hauptsatz wird nicht zur Bestimmung absoluter Entropiewerte verwendet

Question 9

Erläutere die Bedeutung der Gibbs-Helmholtz-Gleichung in der Thermodynamik und nenne ein Beispiel für ihre Anwendung.

Accepted Answer

Sie verbindet Gibbs-Energie, Enthalpie und Entropie und bestimmt die Temperaturabhängigkeit der Gibbs-Energie.

Answer

Sie beschreibt die Reaktionsrichtung und berechnet Gleichgewichtskonstanten.

Answer

Sie bestimmt die Wärmekapazität.

Answer

Sie gilt nur für ideale Gase.

Question 10

Beschreibe die besonderen thermodynamischen Eigenschaften von Supraleitern und erkläre, wie sie sich von normalen Leitern unterscheiden.

Accepted Answer

Supraleiter haben keinen elektrischen Widerstand und sind perfekte Diamagnete.

Answer

Supraleiter haben einen höheren elektrischen Widerstand als normale Leiter.

Answer

Supraleitung tritt nur bei sehr hohen Temperaturen auf.

Answer

Supraleiter haben eine höhere magnetische Permeabilität als normale Leiter.

Question 11

Was beschreibt die Exergie eines Systems?

Accepted Answer

Die gesamte nutzbare Energie für Arbeit.

Answer

Die Differenz aus innerer Energie und Entropie.

Answer

Die Energiefreisetzung bei isothermer Expansion.

Answer

Die Summe aus kinetischer, potentieller und innerer Energie.

Question 12

Was ist das Prinzip der thermischen Effizienz und wie wird es in Gasturbinen eingesetzt?

Accepted Answer

Das Verhältnis der geleisteten Arbeit zur zugeführten Wärme

Answer

Das Verhältnis der zugeführten Wärme zur geleisteten Arbeit

Answer

Das Verhältnis der abgegebenen Wärme zur zugeführten Wärme

Answer

Ein Maß für die mechanische Leistung einer Wärmekraftmaschine

Question 13

Was versteht man unter thermodynamischer Stabilität und wie kann sie zur Vorhersage des Verhaltens thermodynamischer Systeme genutzt werden?

Accepted Answer

Thermodynamische Stabilität liegt vor, wenn die Gibbs-Energie des Systems minimal ist.

Answer

Thermodynamische Stabilität bedeutet, dass die Enthalpie des Systems maximal ist.

Answer

Thermodynamische Stabilität ist gegeben, wenn die Entropie des Systems minimal ist.

Question 14

Was besagt der dritte Hauptsatz der Thermodynamik und wie wirkt er sich auf die Entropie idealer Kristalle bei absoluter Temperatur aus?

Accepted Answer

Die Entropie eines perfekten Kristalls verschwindet bei absoluter Temperatur.

Answer

Der dritte Hauptsatz kann Entropieänderungen bei Reaktionen vorhersagen.

Answer

Der dritte Hauptsatz hat keine Auswirkungen auf die Entropie bei hohen Temperaturen.

Answer

Der dritte Hauptsatz bestimmt die Richtung spontaner Prozesse.

Question 15

Welcher Hauptsatz der Thermodynamik beschreibt den Energieerhaltungssatz?

Accepted Answer

Erster Hauptsatz

Answer

Zweiter Hauptsatz

Answer

Dritter Hauptsatz

Answer

Vierter Hauptsatz

Question 16

Welche Einheit hat die Entropie?

Accepted Answer

Joule pro Kelvin

Answer

Joule

Answer

Grad Celsius

Answer

Wattstunde

Question 17

Was ist der Prozess der Wärmeübertragung zwischen zwei Systemen?

Accepted Answer

Austausch von thermischer Energie zwischen zwei Systemen

Answer

Umwandlung von Wärme in andere Energieformen

Answer

Erzeugung von Wärme durch Reibung

Answer

Entstehung von Wärme bei chemischen Reaktionen

Question 18

Welche Größe ist eine intensive Größe?

Accepted Answer

Temperatur

Answer

Volumen

Answer

Masse

Answer

Energie

Question 19

Welche Auswirkung hat eine Druckerhöhung auf ein Gas?

Accepted Answer

Abnahme des Volumens

Answer

Zunahme des Volumens

Answer

Keine Änderung des Volumens

Answer

Zunahme der Temperatur

Question 20

Welcher thermodynamische Prozess findet bei konstanter Temperatur statt?

Accepted Answer

Isobare Expansion

Answer

Adiabate Expansion

Answer

Isovolumetrische Expansion

Answer

Adiabate Kompression

Question 21

Welche Aussage über Wärmeübertragung ist korrekt?

Accepted Answer

Wärme kann durch alle drei Arten der Wärmeübertragung übertragen werden.

Answer

Wärme kann nur von einem wärmeren zu einem kälteren Körper fließen.

Answer

Wärme kann nur durch Konvektion übertragen werden.

Answer

Wärme kann nur durch Strahlung übertragen werden.

Question 22

Wie lautet die SI-Einheit der spezifischen Wärmekapazität?

Accepted Answer

Joule pro Kilogramm Kelvin

Answer

Watt pro Kilogramm Kelvin

Answer

Grad Celsius pro Kilogramm

Answer

Joule pro Gramm

Question 23

Aufgabe: Ein ideales Gas dehnt sich adiabatisch in einem Zylinder mit beweglichem Kolben aus. Wie verändern sich dabei Temperatur und innere Energie des Gases?

Accepted Answer

Temperatur sinkt, innere Energie bleibt konstant

Answer

Temperatur steigt, innere Energie sinkt

Answer

Temperatur bleibt konstant, innere Energie sinkt

Answer

Temperatur sinkt, innere Energie steigt

Question 24

Welche drei Mechanismen der Wärmeübertragung gibt es? Nennen Sie für jeden Mechanismus ein Beispiel aus der Industrie oder Technik.

Accepted Answer

Konvektion: Wärmeübertragung durch Strömung eines Fluids (z. B. Luft oder Wasser) in Heizungsanlagen.

Accepted Answer

Strahlung: Wärmeübertragung durch elektromagnetische Wellen, z. B. in Wärmestrahlern.

Accepted Answer

Leitung: Wärmeübertragung durch direkte Berührung zweier Körper mit unterschiedlicher Temperatur, z. B. in Kochgeschirr.

Question 25

Welcher Hauptsatz der Thermodynamik beschreibt, dass ein Perpetuum Mobile der ersten Art unmöglich ist?

Accepted Answer

Zweiter Hauptsatz der Thermodynamik

Answer

Erster Hauptsatz der Thermodynamik

Answer

Dritter Hauptsatz der Thermodynamik

Answer

Nullter Hauptsatz der Thermodynamik

Question 26

Was ist Entropie?

Accepted Answer

Ein Maß für die Unordnung eines Systems

Answer

Die freigesetzte Wärmemenge bei einer Reaktion

Answer

Die Temperatur eines Systems

Answer

Der Druck eines Systems

Question 27

Welche Formel beschreibt den Wirkungsgrad einer Wärmekraftmaschine?

Accepted Answer

Wirkungsgrad = (Qzu - Qab) / Qzu

Answer

Wirkungsgrad = (Qab - Qzu) / Qzu

Answer

Wirkungsgrad = Qzu / Qab

Answer

Wirkungsgrad = Qab / Qzu

Question 28

Welches der folgenden Systeme ist ein offenes System?

Accepted Answer

Ein Topf mit kochendem Wasser

Answer

Ein abgeschlossenes Gefäß mit Gas

Answer

Ein isolierter Behälter

Answer

Ein Vakuum

Question 29

Was ist die SI-Einheit der Entropie?

Accepted Answer

Joule pro Kelvin

Answer

Joule

Answer

Watt

Answer

Kelvin

Question 30

Welcher Prozess ist isentrop?

Accepted Answer

Adiabatischer Prozess

Answer

Isothermer Prozess

Answer

Isochorer Prozess

Answer

Isobarer Prozess

Question 31

Was beschreibt die Clausius-Gleichung?

Accepted Answer

Die Änderung der Entropie eines Systems

Answer

Die Wärmekapazität eines Systems

Answer

Den Wirkungsgrad einer Wärmekraftmaschine

Answer

Die Temperatur eines Systems

Question 32

Welcher Prozess ist exotherm?

Accepted Answer

Verbrennung

Answer

Kondensation

Answer

Schmelzen

Answer

Verdampfung

Question 33

Welcher Hauptsatz der Thermodynamik beschreibt die Unumkehrbarkeit natürlicher Prozesse?

Accepted Answer

Zweiter Hauptsatz

Answer

Dritter Hauptsatz

Answer

Nullter Hauptsatz

Answer

Erster Hauptsatz

Question 34

Was ist der Unterschied zwischen Energie und Wärme?

Accepted Answer

Energie ist eine Zustandsgröße, während Wärme eine Prozessgröße ist.

Answer

Wärme ist eine Erhaltungsgröße, Energie hingegen nicht.

Answer

Energie kann erzeugt werden, Wärme hingegen nicht.

Question 35

Nennen Sie die SI-Einheit der Wärmekapazität.

Accepted Answer

Joule pro Kilogramm und Kelvin

Answer

Kalorie pro Gramm und Grad Celsius

Answer

Watt pro Kilogramm

Question 36

Was ist die Entropie eines idealen Gases bei absolutem Nullpunkt?

Accepted Answer

Null

Answer

Unendlich

Answer

Einheitenlos

Question 37

Welche Art von Wärmeübertragung findet zwischen zwei Körpern mit unterschiedlichen Temperaturen statt, ohne dass sie sich berühren?

Accepted Answer

Strahlung

Answer

Konvektion

Answer

Konduktion

Question 38

Welcher Faktor hat keinen Einfluss auf die Wärmeleitfähigkeit eines Materials?

Accepted Answer

Molare Masse

Answer

Struktur

Answer

Temperatur

Question 39

Welche Aussage über einen adiabatischen Prozess ist korrekt?

Accepted Answer

Es wird keine Wärme mit der Umgebung ausgetauscht.

Answer

Die Temperatur bleibt konstant.

Answer

Der Druck bleibt konstant.

Question 40

Was ist der thermodynamische Zustand eines Systems?

Accepted Answer

Eine vollständige Beschreibung aller relevanten physikalischen Größen des Systems.

Answer

Die Energie des Systems.

Answer

Die Temperatur des Systems.

Question 41

Welcher der folgenden Aussagen beschreibt den ersten Hauptsatz der Thermodynamik am treffendsten?

Accepted Answer

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

Answer

Die Entropie eines geschlossenen Systems nimmt ständig zu.

Answer

Die Wärmekapazität eines Systems ist konstant.

Question 42

Welche der folgenden Aussagen beschreibt einen adiabatischen Prozess?

Accepted Answer

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

Answer

Ein Prozess mit konstantem Volumen.

Answer

Ein Prozess mit konstantem Druck.

Question 43

Welcher der folgenden Aussagen beschreibt den zweiten Hauptsatz der Thermodynamik am besten?

Accepted Answer

Die Entropie eines abgeschlossenen Systems nimmt im Laufe der Zeit tendenziell zu.

Answer

Die Wärmekapazität eines Systems ist immer positiv.

Answer

Die Energie eines geschlossenen Systems kann nicht abnehmen.

Question 44

Wie lautet die Formel zur Berechnung der spezifischen Wärmekapazität einer Substanz?

Accepted Answer

c = Q / (m * ΔT)

Answer

c = m * Q / ΔT

Answer

c = ΔT / (m * Q)

Answer

c = Q / ΔT

Question 45

Welche der folgenden Einheiten ist keine Einheit für die Wärmemenge?

Accepted Answer

Watt (W)

Answer

British Thermal Unit (BTU)

Answer

Joule (J)

Answer

Kalorie (cal)

Question 46

Wie wird ein reversibler Prozess in der Thermodynamik definiert?

Accepted Answer

Ein Prozess, der in beide Richtungen ohne Nettoänderung des Systems ablaufen kann.

Answer

Ein Prozess, der bei konstantem Druck abläuft.

Answer

Ein Prozess, der ohne Reibungsverluste abläuft.

Question 47

Welche der folgenden Aussagen beschreibt einen isobaren Prozess?

Accepted Answer

Ein Prozess bei konstantem Druck.

Answer

Ein Prozess bei konstanter Entropie.

Answer

Ein Prozess bei konstantem Volumen.

Answer

Ein Prozess bei konstanter Temperatur.

Question 48

Welche Aussage beschreibt den ersten Hauptsatz der Thermodynamik?

Accepted Answer

Die Zunahme der inneren Energie eines abgeschlossenen Systems entspricht der Summe aus zugeführter Wärme und geleisteter Arbeit.

Answer

Die Entropie eines abgeschlossenen Systems nimmt immer zu.

Answer

Die Wärmekapazität eines Stoffes ist immer positiv.

Question 49

Was versteht man unter Entropie?

Accepted Answer

Ein Maß für die Unordnung eines Systems

Answer

Ein Maß für die Temperatur eines Systems

Answer

Ein Maß für die Wärmemenge eines Systems

Answer

Ein Maß für das Volumen eines Systems

Question 50

Welche Aussage formuliert den zweiten Hauptsatz der Thermodynamik?

Accepted Answer

In einem abgeschlossenen System nimmt die Entropie mit der Zeit zu oder bleibt konstant.

Answer

Die Wärmeübertragung erfolgt immer vom wärmeren zum kälteren Körper.

Answer

Die innere Energie eines abgeschlossenen Systems ist immer größer als null.

Question 51

Was versteht man unter Wärmeübertragung?

Accepted Answer

Die Energieübertragung zwischen Körpern unterschiedlicher Temperatur

Answer

Die Übertragung von Masse zwischen Körpern

Question 52

Welche Art der Wärmeübertragung erfolgt durch direkte Berührung?

Accepted Answer

Wärmeleitung

Answer

Konvektion

Answer

Sublimation

Answer

Strahlung

Question 53

Wie unterscheidet sich Wärme von Temperatur?

Accepted Answer

Wärme ist eine Energieform, während Temperatur ein Maß für die mittlere kinetische Energie der Teilchen eines Systems ist.

Answer

Wärme ist eine Substanz, während Temperatur eine Eigenschaft ist.

Question 54

Welche Einheit wird zur Messung von Wärme verwendet?

Accepted Answer

Joule

Answer

Celsius

Answer

Watt

Answer

Kelvin

Question 55

Was ist der thermodynamische Wirkungsgrad einer Wärmekraftmaschine?

Accepted Answer

Das Verhältnis der erzeugten Nutzleistung zur zugeführten Wärmemenge

Answer

Die zugeführte Wärmemenge dividiert durch die erzeugte Nutzleistung

Answer

Die Differenz zwischen der erzeugten Nutzleistung und der zugeführten Wärmemenge

Question 56

Was ist der wesentliche Unterschied zwischen einem offenen und einem geschlossenen thermodynamischen System?

Accepted Answer

Ein offenes System kann sowohl Materie als auch Energie mit seiner Umgebung austauschen, während ein geschlossenes System nur Energie austauschen kann.

Answer

Ein offenes System ist immer größer als ein geschlossenes System.

Question 57

Welcher Hauptsatz der Thermodynamik besagt, dass die Gesamtentropie eines abgeschlossenen Systems niemals abnimmt?

Accepted Answer

Zweiter Hauptsatz

Answer

Dritter Hauptsatz

Answer

Erster Hauptsatz

Answer

Vierter Hauptsatz

Question 58

Welche der folgenden Aussagen über Wärmetransport ist richtig?

Accepted Answer

Wärme fließt immer vom wärmeren zum kälteren Körper.

Answer

Konvektion ist ein Wärmetransportmechanismus, der nur in Flüssigkeiten auftritt.

Answer

Wärme kann nur durch Leitung übertragen werden.

Question 59

Was geschieht, wenn ein ideales Gas isobar erwärmt wird?

Accepted Answer

Das Volumen nimmt zu.

Answer

Der Druck nimmt zu.

Answer

Die Entropie nimmt ab.

Answer

Die Temperatur nimmt ab.

Question 60

Was ist die Einheit der Entropie?

Accepted Answer

J/K

Answer

kJ

Answer

J

Answer

K

Question 61

Was ist der Wirkungsgrad eines Wärmekraftwerks?

Accepted Answer

Das Verhältnis der abgegebenen Arbeit zur zugeführten Wärme

Answer

Das Verhältnis der zugeführten Wärme zur abgegebenen Arbeit

Answer

Die Differenz zwischen zugeführter und abgegebener Wärme

Question 62

Welcher der Hauptsätze der Thermodynamik beschreibt die Erhaltung der Energie?

Accepted Answer

Der erste Hauptsatz der Thermodynamik

Answer

Der zweite Hauptsatz der Thermodynamik

Answer

Der dritte Hauptsatz der Thermodynamik

Question 63

Was beschreibt die Entropie am besten?

Accepted Answer

Die Entropie ist ein Maß für die Unordnung in einem System.

Answer

Die Entropie ist immer positiv.

Answer

Die Entropie kann nie abnehmen.

Answer

Die Entropie ist nur für abgeschlossene Systeme definiert.

Question 64

Welche der folgenden Größen ist eine extensive Größe, die vom Umfang des Systems abhängt?

Accepted Answer

Volumen

Answer

Druck

Answer

Temperatur

Answer

Dichte