\documentclass{../bkbp} \begin{document} \heading{PAR}{Wärmeenergie}{1.6.2022} \section{Spezifische Wärmekapazitäten von Materialien} Um einen Körper zu erwärmen, muss ihm eine Wärmemenge Q zugeführt werden. $Q = m * c * \Delta\vartheta$ \\ Eine Wattsekunde entspricht einem Joule. $1Ws = 1J$ $1kWh = 3.6MJ$ \\ Benötigte Energie in kJ, um 1kg des jeweiligen Material um 1 Kelvin zu erwärmen. \begin{center} \begin{tabular}{c|c} Material & $c [\frac{kJ}{kg*K}]$ \\ \hline Wasser & 4.190 \\ Öl & 2.090 \\ Aluminium & 0.899 \\ Eisen & 0.466 \\ Kupfer & 0.390 \\ Blei & 0.130 \end{tabular} \end{center} \subsection{Aufgabe 2} \begin{equation} \begin{split} Q &= m*c*(\vartheta_2 - \vartheta_1) \\ \frac{Q}{m*c} &= \vartheta_2 - \vartheta_1 \\ \vartheta_2 &= \frac{Q}{m*c} + \vartheta_1 \\ \vartheta_2 &= \frac{1508kJ}{5kg*4.19\frac{kJ}{kg*K}} + 18°C \\ \vartheta_2 &= 72K + 18K = 90°C \end{split} \end{equation} Alternative Berechnung: \begin{equation} \begin{split} \Delta\vartheta &= \frac{Q}{c_5} \\ \Delta\vartheta &= \frac{1508kJ}{4.19\frac{kJ}{kg*K}*5} \\ \Delta\vartheta &= 71.98K \end{split} \end{equation} Die Endtemperatur beträgt 90°C. \subsection{Aufgabe 7} \begin{equation} \begin{split} m_1 &= 80kg \\ m_2 &= {gesucht} \\ \vartheta_1 &= 55°C \\ \vartheta_2 &= 15°C \\ \vartheta_m &= 48°C \\ m_m * \vartheta_m &= m_1 * \vartheta_1 + m_2 * \vartheta_2 \\ (m_1 + m_2) * \vartheta_m &= m_1 * \vartheta_1 + m_2 * \vartheta_2 \\ m_1 * \vartheta_m + m_2 * \vartheta_m &= m_1 * \vartheta_1 + m_2 * \vartheta_2 \\ m_2 * \vartheta_m - m_2 * \vartheta_2 &= m_1 * \vartheta_1 - m_1 * \vartheta_m \\ m_2 * \vartheta_{m-2} &= m_1 * \vartheta_{1-m} \\ m_2 &= \frac{m_1 * \vartheta_{1-m}}{\vartheta_{m-2}} \\ m_2 &= \frac{80kg * (55°C - 48°C)}{(48°C - 15°C)} \\ m_2 &= 16.\overline{96}kg \end{split} \end{equation} \subsection{Aufgabe 8} \begin{equation} \begin{split} t &= 7min \\ m &= 50kg \\ U &= 400V \\ \vartheta_1 &= 10°C \\ \vartheta_2 &= 45°C \\ \Delta\vartheta &= 35K \end{split} \end{equation} \subsubsection{Aufgabenteil a - Zugeführte Wärmemenge} \begin{equation} \begin{split} Q &= m * c * \Delta\vartheta \\ Q &= 50kg * 4.19\frac{kJ}{kg*K} * 35K \\ Q &= 7332.5kJ \end{split} \end{equation} \subsubsection{Aufgabenteil b - Elektrische Arbeit} \begin{equation} \begin{split} \eta &= 1 \\ W &= \frac{Q}{\eta} \\ W &= \frac{7332.5kJ}{1} \\ W &= 7332.5kWs / 3600\frac{s}{h} \\ W &= 2.03680\overline{5}kWh \end{split} \end{equation} \subsubsection{Aufgabenteil c - Elektrische Leistung} \begin{equation} \begin{split} P &= \frac{W}{t} \\ P &= \frac{2.037kWh}{7min / 60\frac{min}{h}} \\ P &= 17.46kW \\ I &= \frac{P}{U} \\ I &= \frac{17.46kW}{400V} \\ I &= 43.65A \end{split} \end{equation} \subsection{Aufgabe 9} \begin{equation} \begin{split} P &= 2kW \\ m &= 5kg \\ \vartheta_1 &= 11°C \\ \vartheta_2 &= 50°C \\ \Delta\vartheta &= 39K \\ Q &= m * c * \Delta\vartheta \\ Q &= 5kg * 4.19\frac{kJ}{kg*K} * 39K \\ Q &= 817.05kJ \\ W &= \frac{Q}{3600\frac{s}{h}} \\ W &= 0.226958\overline{3}kWh \\ t &= \frac{W}{P} \\ t &= \frac{0.227kWh}{2kW} \\ t &= 0.1135h = 6.81min \end{split} \end{equation} \end{document}