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Übungsaufgaben
A1Die vier Takte in der richtigen ReihenfolgeAFB I
Ordnen Sie die vier Takte des Stirlingmotors so, wie sie nacheinander ablaufen. Beginnen Sie mit dem Takt, in dem der Motor Arbeit abgibt.
Verschiebe die Einträge mit den Pfeiltasten, bis die Reihenfolge stimmt.
1Das heiße Gas dehnt sich aus und schiebt den Arbeitskolben nach außen.
2Der Verdrängerkolben schiebt das Gas auf die kalte Seite, das Volumen bleibt gleich.
3Das kalte Gas wird zusammengedrückt.
4Der Verdrängerkolben schiebt das Gas zurück auf die heiße Seite.
Die beiden Takte mit dem Verdrängerkolben liegen immer zwischen den Takten des Arbeitskolbens: erst heiß ausdehnen, dann abkühlen, dann kalt zusammendrücken, dann wieder erwärmen. Nur so wird beim Zusammendrücken weniger Arbeit gebraucht, als beim Ausdehnen frei wird.
Beginnen Sie mit dem Takt, in dem der Motor Energie abgibt, und beachten Sie: Zwischen zwei Takten des Arbeitskolbens schiebt immer der Verdrängerkolben das Gas.
Auf das heiße Ausdehnen folgt zuerst das Wechseln auf die kalte Seite, dann das Zusammendrücken des kalten Gases und zuletzt das Zurückschieben auf die heiße Seite.
A2Druck umrechnenAFB IIMix
Die Drücke werden in unterschiedlichen Einheiten angegeben. Ermitteln Sie den Wert in der geforderten Einheit, indem Sie das Komma verschieben.
Verschiebe das Komma mit „← Komma“ und „Komma →“, bis die Anzeige genau der Angabe entspricht; wo Einheiten-Knöpfe stehen, wählst du auch die Einheit. Mit der Tastatur: Tab zur Anzeige, ←/→ verschiebt das Komma, ↑/↓ wechselt die Einheit.
Das Gas im Zylinder hat 1,2 bar. Gefragt ist der Druck in kPa.
Einheit fest: kPa
Ein Hersteller nennt 350 kPa. Gefragt ist der Druck in bar.
Einheit fest: bar
Der Luftdruck beträgt 101 300 Pa. Gefragt ist der Druck in hPa.
Einheit fest: hPa
Ein Druckbehälter hält 0,25 MPa aus. Gefragt ist der Druck in bar.
Einheit fest: bar
1 bar = 100 000 Pa = 100 kPa = 1 000 hPa und 1 MPa = 10 bar. Also: 1,2 bar = 120 kPa; 350 kPa = 3,5 bar; 101 300 Pa = 1 013 hPa; 0,25 MPa = 2,5 bar. Die Falle: 1 bar sind nicht 1 000 Pa, sondern 100 000 Pa.
Schreiben Sie sich die Umrechnungen auf: 1 bar = 100 000 Pa, 1 hPa = 100 Pa, 1 kPa = 1 000 Pa, 1 MPa = 1 000 000 Pa.
Wandeln Sie über Pascal um: erst in Pa, dann in die gesuchte Einheit. Beim Komma zählt die Zahl der Nullen.
A3Energiebilanz eines UmlaufsAFB II
Dem Motor werden je Umlauf 800 J Wärme an der heißen Seite zugeführt; 200 J davon kommen als Bewegungsenergie am Schwungrad an. Die Lagerreibung beträgt 40 J. Stellen Sie die Energiebilanz im Flussdiagramm dar: Stellen Sie die beiden offenen Pfeile ein.
Ziehe den runden Griff am Ende jedes Ausgangspfeils nach oben oder unten, bis die Breite stimmt — oder nutze die Knöpfe −/+. Tastatur: Tab zum Griff, ↑/↓ ein Schritt (20 J), Bild↑/Bild↓ fünf Schritte. Grau gestrichelt ist Energie, die noch keinem Pfeil zugeordnet ist.
Zugeführt: 800 J
Die Energie bleibt erhalten: 800 J = 200 J + 40 J + 560 J. Der größte Teil wird als Wärme an die kalte Seite abgegeben – ohne diese Abgabe läuft kein Kreisprozess.
Die Summe aller Ausgangspfeile muss genau die zugeführte Energie ergeben.
800 J − 200 J − 40 J ergibt die Wärme, die an die kalte Seite abgegeben wird.