Ãbung zur Physik II Abgabedatum - Institut für Theoretische Physik
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Ãbung zur Physik II Abgabedatum - Institut für Theoretische Physik
¨ Ubungen zu Physik II, SoSe 2015 Prof. Dr. U. Thiele , Prof. Dr. S. Demokritov ¨ Ubungen im WWW: http://pauli.uni-muenster.de/tp/menu/studium/aktuelles-semester/physikii-ss-2015.html ¨ Ubungsblatt 1: (15 P.) Abgabe: 20.04.15 bzw. 21.04.15 Aufgabe 1: Das ideale Gas a) [1 P.] Berechnen Sie den Druck von Wasserstoff bei T = 108 K und einer Teilchendichte n = 5 · 1024 cm−3 nach dem idealen Gasgesetz. b) [1 P.] Wieviel gr¨ oßer ist die Dichte der Luft im Winter (Temperatur t = 7◦ C (Celsius)) als im Sommer (Temperatur t = 37◦ C). Betrachten Sie die Luft als ein ideales Gas bei konstantem Druck. c) [1 P.] Ein Reservoir des Volumens V1 = 3l enth¨alt ein ideales Gas beim Druck p1 = 0.2M P a. Ein zweites Reservoir 2 des Volumens V2 = 4l enth¨alt dasselbe Gas beim Druck p2 = 0.1M P a. Der Temperatur ist in beiden Reservoiren gleich. Wie hoch ist der finale Gleischgewichtsdruck, wenn die Reservoire mit einem Rohr verbunden werden? d) [2 P.] Ein ideales Gas ist in einen W¨ urfel des Volumens V eingeschlossen. Der W¨ urfel ist durch eine teilchenundurchl¨assige bewegliche Trennwand, die sich bei z = h befindet, in zwei Teile, geteilt. Der erste Teil enth¨alt N1 , und der zweite Teil enth¨alt N2 Teilchen; es sei N1 = 2N2 . Bei welcher Position der Trennwand besteht ein Gleichgewicht zwischen den Gasen in beiden Teilen bei der gleichen Temperatur? Wie ¨andert sich die Position, wenn die Temperatur des Teils 2 wird halbiert (nehmen Sie an, dass die Temperatur sich nicht ausgleichen). Aufgabe 2: Barometrische Formel Das ideale Gas ist in einem senkrecht stehenden Zylinder mit dem Radius R und der H¨ohe H eingeschlossen. Die Gravitationskraft ist entlang der z-Achse des Zylinders nach unten gerichtet. a) [1 P.] Bestimmen Sie die Relation zwischen der Dichte an der Zylinder-Unterseite (z = 0) und an der Zylinder-Oberseite (z = H). Die Temperatur des Gases im Zylinder ist konstant. b) [1 P.] Bestimmen Sie die Dichte ρ0 der Luft an der Zylinder-Unterseite in Abh¨andigkeit von 1) der Gesamtmasse M des Gases; 2) der Zahl N der eingeschlossenen Molek¨ ule im Zylinder. Die Temperatur des Gases in Zylinder ist konstant. c) [1 P.] Wie muss die Abh¨ angigkeit der Temperatur von z sein, damit die Dichte konstant ist (zunabh¨ angig)? d) [2 P.] Der Zylinder ist durch eine teilchenundurchl¨assige bewegliche masselose Trennwand, die sich bei z = h befindet, in zwei Teile, geteilt. Der Teil 0 < z < h enth¨alt N1 , und der Teil h < z < H enth¨ alt N2 Teilchen; es sei N1 = 5N2 . Bei welcher Position z = h besteht ein Gleichgewicht zwischen den Gasen in beiden Zylinderteilen? 1 Aufgabe 3: Gaußintegrale Bei der Theoretischer Behandlung physikalischer Ph¨anomene treten h¨aufig Integrale u ¨ber Gaußfunktionen in der Form Z ∞ In = xn exp (−αx2 )dx, 0 mit α > 0 auf. In der Vorlesung Physik II haben Sie bereits das Integral I0 ≡ pπ 1 2 α kennengelernt. 1 2 R∞ −∞ exp (−αx2 )dx = a) [1 P.] Bestimmen Sie durch elementare Integration I1 . b) [2 P.] Berechnen Sie durch Differentiation nach dem Parameter α die Integrale I2 und I3 . c) [2 P.] Bestimmen Sie analog zu b) die Integrale In f¨ ur allgemeine gerade (n = 2k) oder ungerade (n = 2k + 1) Werte von n (k = 0, 1, 2...). 2