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UNI VE R S I TA S

S AR

A V I E NSI S

PD Dr. Patrick Huber Bau E2

6

Zi. 3.23 T +49 (681) 302 3944 v +49 (681) 302 4676

k p.huber@physik.uni-saarland.de

Elementare Einf¨ uhrung in die Physik II – SS 2009 –

3. ¨ Ubung – 13. Mai 2009

Aufgabe 9: Gasthermometer

Das vielleicht einfachste Thermometer ist das Gasthermometer. Trotz seiner hohen Empfindlichkeit findet es leider kaum noch Verwendung (außer in Physikklausuren und auf ¨ Ubungsbl¨ attern).

Ein Quechsilberpfropf (Dichte ρ = 13, 55

cmg3

) der L¨ ange l = 10 mm begrenze in einem einseitig fest verschlossenen Glasrohr mit der inneren Querschnittsfl¨ ache A = 5 mm

2

eine bestimmte Menge an Stickstoffgas, das Sie als ideales Gas betrachten d¨ urfen.

a) Das Gasthermometer sei zun¨ achst waagerecht angeordnet (linke Abbildung). Bei der Tempe- ratur T

0

= 295 K und dem Außendruck 980 hPa betrage dann die L¨ ange h

0

des eingeschlosse- nen Gasvolumens 50 cm. Berechnen Sie die Anzahl N der eingeschlossenen Stickstoffmolek¨ ule!

b) Nun wird das Rohr aufgerichtet (rechte Abbildung). Bestimmen Sie die neue H¨ ohe h

1

des Gasvolumens bei ansonsten gleichbleibenden Bedingungen!

c) In der vertikalen Stellung wird nun das Gas auf T

2

= 373 K aufgeheizt. Berechnen Sie die sich dann einstellende H¨ ohe h

2

des Gasvolumens!

l

Hg N 2

h 0 Hg l

N 2 h 1

(2)

Aufgabe 10: W¨ armeleitung

Nehmen Sie an, ein heißes Reservoir mit der Temperatur T

H

werde ¨ uber eine W¨ armebr¨ ucke aus einem bestimmten Material mit der Querschnittsfl¨ ache A und der Dicke l an ein kaltes Reservoir mit der Temperatur T

K

gekoppelt. Dann ist der W¨ armestrom P

Q

(also die pro Zeiteinheit ∆t vom heißen Reservoir ¨ uber die W¨ armebr¨ ucke zum kalten Reservoir transportierte W¨ armemenge ∆Q)

P

Q

= ∆Q

∆t = λ A T

H

− T

K

l ,

wobei λ die W¨ armeleitf¨ ahigkeit des Materials sei.

Nun ersetzen wir die W¨ armebr¨ ucke durch eine Verbundplatte, also aus zwei in Serie geschalteten Platten aus unterschiedlichen Materialien mit den jeweiligen W¨ armeleitf¨ ahigkeiten λ

1

und λ

2

bzw.

Dicken l

1

und l

2

(siehe Abbildung). Ihre Querschnittsfl¨ achen seien identisch. An der Grenzfl¨ ache beider Materialien stelle sich nach einer gewissen Zeit die konstante Temperatur T

X

ein.

l 2

T H T K

T X l 1

Q l 1 l 2

Berechnen Sie die effektive W¨ armeleitf¨ ahigkeit der Verbundplatte, also die W¨ armeleitf¨ ahigkeit λ

eff

einer einzelnen Platte mit der Dicke L = l

1

+ l

2

, die denselben W¨ armestrom wie die Verbundplatte hindurch l¨ asst! Betrachten Sie dazu zun¨ achst separat den W¨ armestrom P

Q,1

durch Platte 1 und P

Q,2

durch Platte 2 und ¨ uberlegen sie sich, wie P

Q,1

und P

Q,2

zusammenh¨ angen m¨ ussen.

Aufgabe 11: Ladung im Quadrat

Betrachten Sie die in nebenstehender Abbildung darge- stellte Anordnung von Punktladungen in Form eines Qua- drats. Ermitteln Sie die horizontale und vertikale Kompo- nente der resultierenden Kraft auf die jeweiligen Ladungen.

q = 1, 0 · 10

−7

C; a = 5, 0 cm

q

+

-

q

a

a 2q

+

-

2q

a a

Aufgabe 12: Voller Mond

Mit positiven Ladungen welchen gleichen Betrages m¨ uss- te man Erde und Mond best¨ ucken, um die gravitative An- ziehung zwischen beiden gerade zu kompensieren? Welche Masse an Wasserstoff tr¨ uge diese Ladung als Kernladung?

Besprechung in den ¨ Ubungen der Woche vom 25.05.2009 zum 29.05.2009

http://aghuber.physik.uni-saarland.de/eep2/

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