Aufgabenblock — AFB II
10 Sachaufgaben aus den Abschnitten 3.1 bis 3.4. Jede Aufgabe braucht mehrere Schritte und einen Übersetzungsschritt in die reale Situation — zuerst musst du entscheiden, welche Größe konstant bleibt und welches Gesetz damit gilt. Bei Schwierigkeiten helfen dir die gestuften Tipps.
Eine Person mit der Masse m = 60 kg steht auf frischem Schnee. Mit Schneeschuhen beträgt die Auflagefläche insgesamt A = 0,30 m².
a) Berechne die Gewichtskraft F (g = 9,81 m/s²). b) Berechne den Druck auf den Schnee.
Vollständige Lösung
Ein Taucher befindet sich 20 m tief in Wasser (ρ = 1000 kg/m³, g = 9,81 m/s²). An der Wasseroberfläche herrscht der Luftdruck 1013 hPa.
a) Berechne den Schweredruck des Wassers. b) Berechne den Gesamtdruck auf den Taucher.
Vollständige Lösung
In einem Kolbenprober sind V1 = 100 cm³ Luft bei p1 = 1,0 bar eingeschlossen. Die Temperatur bleibt konstant. Der Kolben wird auf V2 = 40 cm³ hineingeschoben.
a) Berechne den neuen Druck. b) Um wie viel bar ist der Druck gestiegen?
Vollständige Lösung
Ein Heißluftballon fasst V1 = 2000 m³ Luft bei 0 °C. Der Brenner erwärmt die Luft auf 100 °C. Der Druck bleibt konstant (die Öffnung unten ist offen).
a) Welches Volumen hätte die Luft bei 100 °C? b) Wie viel Luft entweicht dabei unten aus dem Ballon?
Vollständige Lösung
Ein Fahrradreifen wird morgens bei 20 °C auf 2,50 bar aufgepumpt. Mittags erwärmt sich die Luft im Reifen auf 37 °C. Das Volumen des Reifens ändert sich praktisch nicht.
a) Berechne den Druck bei 37 °C. b) Um wie viel Prozent ist der Druck gestiegen?
Vollständige Lösung
Im idealen stirlingschen Kreisprozess hat Zustand 3 die Werte V3 = 300 cm³, p3 = 1 bar, T = 300 K. Von 3 nach 4 wird das Gas isotherm auf V4 = 100 cm³ zusammengedrückt.
a) Berechne p4. b) Berechne das Produkt p·V auf der heißen Isotherme, wenn dort V1 = 100 cm³ und p1 = 6 bar gilt.
Vollständige Lösung
Ein Rechteckprozess schließt im Arbeitsdiagramm 18 Kästchen ein. Jedes Kästchen ist 1 bar breit und 50 cm³ hoch.
a) Berechne die Nutzarbeit pro Umlauf in Joule. b) Der Motor läuft mit 20 Umläufen pro Sekunde. Berechne seine Leistung.
Vollständige Lösung
Ein Kohlekraftwerk arbeitet zwischen Th = 870 K und Tk = 300 K. Real erreicht es einen Wirkungsgrad von 45 %.
a) Berechne den maximalen Wirkungsgrad in Prozent (eine Nachkommastelle). b) Wie viel Arbeit gewinnt das Kraftwerk real aus 1000 J zugeführter Wärme?
Vollständige Lösung
Eine Schule braucht 35 kWh Strom und 55 kWh Wärme. Rechne mit: Kraftwerk η = 45 %, Heizkessel η = 90 %; BHKW ηel = 35 % und ηtherm = 55 %.
a) Wie viel Brennstoff braucht die getrennte Erzeugung? b) Wie viel Prozent Brennstoff spart das BHKW?
Vollständige Lösung
Eine Person mit m = 60 kg stellt sich auf einen Gymnastikball. Die Kontaktfläche zwischen Füßen und Ball beträgt A = 200 cm².
a) Rechne die Fläche in m² um. b) Berechne den Druck auf die Ballwand in Pascal.
Vollständige Lösung
Wie war es?
Wie sicher fühlst du dich nach diesen 10 AFB-II-Aufgaben?
