Quiz — Der zweite Hauptsatz der Thermodynamik

Question 1

Was verlangt in dieser Lektion die globale Reversibilität einer Zustandsänderung?

Accepted Answer

Dass eine Rückführung das System und seine gesamte Umgebung wiederherstellen kann, ohne eine weitere Änderung zu hinterlassen.

Question 2

Ein geschlossenes System gibt 2 400 J an ein Wärmereservoir bei 300 K ab. Seine Entropieänderung beträgt ΔS = −6 J/K. Wie groß sind seine ausgetauschte Entropie S_e und seine produzierte Entropie S_i?

Accepted Answer

S_e = −8 J/K und S_i = +2 J/K.

Question 3

Die Wärme Q = 1 200 J fließt direkt von einem Wärmereservoir bei 600 K zu einem bei 300 K. Wie groß ist die gesamte Entropieänderung beider Reservoirs?

Accepted Answer

+2 J/K.

Question 4

Warum widerspricht ein gewöhnlicher Kühlschrank nicht der Clausius-Aussage?

Accepted Answer

Weil der Wärmeübertrag von kalt nach heiß von einer Arbeitszufuhr aus der Umgebung begleitet wird.

Question 5

Ein ideales Gas mit der Stoffmenge n Mol durchläuft eine Joule–Gay-Lussac-Expansion vom Volumen v auf V > v in einem starren, adiabatischen Behälter. Das Entfernen der Trennwand verändert die Umgebung nicht. Welche Bilanz ist richtig?

Accepted Answer

Q = W = ΔU_gas = 0 und ΔS_tot = nR ln(V/v) > 0.

Question 6

Ein Motor arbeitet zwischen zwei Wärmereservoiren bei 600 K und 300 K und nimmt pro Umlauf Q_H = 1 000 J auf. Wie groß ist die maximal abgegebene Arbeit |W|?

Accepted Answer

500 J.

Question 7

Zwei Teilsysteme fester Zusammensetzung können innerhalb eines abgeschlossenen Gesamtsystems Energie und Volumen unabhängig austauschen. Was gilt für ihren Gleichgewichtszustand?

Accepted Answer

T_1 = T_2 und P_1 = P_2.

Question 8

Eine zyklisch arbeitende Maschine nimmt die vorzeichenbehafteten Wärmen Q_k von Reservoiren bei T_k > 0 auf und tauscht Arbeit mit einer idealen Quelle aus. Welche Aussage entspricht der Clausius-Ungleichung und den Definitionen der Lektion?

Accepted Answer

Σ_k Q_k/T_k ≤ 0; Gleichheit charakterisiert globale Reversibilität, ohne lokale Reversibilität zu beweisen.

Question 9

Wie konstruiert die Lektion die Entropie aus der Gleichheit ∮ δQ_rev/T = 0 für lokal reversible Kreisprozesse?

Accepted Answer

Sie definiert S(B) − S(A) durch das Integral von δQ_rev/T.

Question 10

Welche Aussage beschreibt lokale Reversibilität richtig?

Accepted Answer

Sie verlangt, dass sich jeder Schritt einer Folge von Gleichgewichtszuständen durch eine infinitesimale Änderung der Zwangsbedingungen umkehren lässt.

Question 11

Eine irreversible Zustandsänderung verbindet zwei Gleichgewichtszustände A und B, ihre Zwischenzustände liegen jedoch weit vom Gleichgewicht entfernt. Welche Aussage ist richtig?

Accepted Answer

Die Entropieänderung ΔS lässt sich auf einem lokal reversiblen Weg zwischen A und B berechnen, während S_e und S_i vom tatsächlichen Prozess abhängen.

Question 12

Welcher Betrieb wird durch die Kelvin–Planck-Aussage genau verboten?

Accepted Answer

Einen Kreisprozess auszuführen, dessen einzige Wirkung darin besteht, einem einzigen Reservoir Wärme Q > 0 zu entziehen und W = −Q an die Umgebung abzugeben.

Question 13

Eine quasistatische Kompression ist notwendigerweise lokal reversibel.

Accepted Answer

Falsch

Question 14

Welche Abfolge beschreibt den Carnot-Kreisprozess eines idealen Gases im Motorbetrieb, wenn alle Teilprozesse lokal reversibel sind?

Accepted Answer

Isotherme Expansion bei T_H, reversible adiabatische Expansion, isotherme Kompression bei T_C, dann reversible adiabatische Kompression.

Question 15

Der zweite Hauptsatz legt die thermodynamisch zulässige Entwicklungsrichtung fest, bestimmt aber allein weder ihre Dauer noch die Transportkoeffizienten.

Accepted Answer

Wahr