Statistische Physik für Biophysik-Studierende: Online-Quizzes und Übungen

Question 1

Welche Phasenübergänge können in biologischen Membranen auftreten und wie beeinflussen sie die Funktion von Zellen und Geweben?

Accepted Answer

Der Gel-Flüssig-Kristall-Phasenübergang reguliert die Membranfluidität und beeinflusst membranabhängige Prozesse wie Transport und Signalübertragung.

Accepted Answer

Der Ordnung-Unordnung-Phasenübergang verändert die Lipidorientierung und wirkt sich auf die Membranpermeabilität und -integrität aus.

Answer

Phasenübergänge in Membranen haben keine Auswirkungen auf die Zell- und Gewebefunktion.

Answer

Phasenübergänge treten nur in prokaryotischen Membranen auf.

Question 2

Was beschreibt die Boltzmann-Verteilung?

Accepted Answer

Die Wahrscheinlichkeit, ein Teilchen in einem bestimmten Energiezustand zu finden.

Answer

Nur ideale Gase.

Answer

Eine exakte Verteilung.

Question 3

Was beschreibt die Boltzmann-Verteilung?

Accepted Answer

Die Wahrscheinlichkeit, ein Teilchen in einem bestimmten Energiezustand zu finden

Answer

Die Verteilung von Teilchen in einem Gravitationsfeld

Answer

Die Gültigkeit nur für ideale Gase

Answer

Die Nichtberücksichtigung von Wechselwirkungen zwischen Teilchen

Question 4

Wie tragen Monte-Carlo-Methoden zur Simulation biologischer Systeme bei?

Accepted Answer

Berechnen thermodynamische Eigenschaften wie freie Energie

Answer

Ermöglichen die Verfolgung einzelner Atome und Moleküle

Answer

Liefern deterministische Vorhersagen

Answer

Sind nur für kleine biologische Systeme geeignet

Question 5

Welche der folgenden Aussagen trifft auf die Grenzen statistischer Methoden in der Biophysik zu?

Accepted Answer

Eine kritische Bewertung statistischer Ergebnisse ist wichtig, um ihre Aussagekraft und Anwendbarkeit einzuschätzen.

Answer

Statistische Methoden können komplexe biologische Systeme ohne Annahmen über ihre zugrunde liegende Struktur präzise vorhersagen.

Answer

Statistische Ergebnisse sind immer zuverlässig, da sie auf objektiven Daten basieren.

Answer

Statistische Methoden sind nur für große Datenmengen geeignet.

Question 6

Was beschreibt die Entropie?

Accepted Answer

Den Grad der Unordnung eines Systems

Answer

Die Energie eines Systems

Answer

Die Temperatur eines Systems

Answer

Die Dichte eines Systems

Question 7

Was beschreibt die Entropie eines Systems?

Accepted Answer

Die Zunahme der Unordnung im Laufe der Zeit in einem geschlossenen System

Answer

Den Grad seiner Ordnung

Answer

Negative Werte

Question 8

Welcher physikalische Grundsatz besagt, dass die Unordnung (Entropie) eines abgeschlossenen Systems immer zunimmt oder gleich bleibt, aber niemals abnimmt?

Accepted Answer

Zweiter Hauptsatz der Thermodynamik

Answer

Erster Hauptsatz der Thermodynamik

Answer

Dritter Hauptsatz der Thermodynamik

Question 9

Was ist die beste Definition für die Entropie eines Systems?

Accepted Answer

Ein Maß für die Unordnung oder Störung in einem System

Answer

Die Fähigkeit eines Systems, Arbeit zu verrichten

Answer

Die Wärmemenge, die einem System hinzugefügt werden kann

Answer

Ein Maß für die Energie eines Systems

Question 10

Was beschreibt den Begriff "Entropie" am besten?

Accepted Answer

Ein Maß für die Zufälligkeit und Unordnung in einem System

Answer

Ein Maß für die nutzbare Energie in einem System

Answer

Ein Maß für die Temperatur eines Systems

Question 11

Welche Aussage beschreibt die Maxwell-Boltzmann-Verteilung?

Accepted Answer

Sie zeigt die Geschwindigkeitsverteilung der Teilchen eines idealen Gases.

Answer

Sie gilt nur für eindimensionale Systeme.

Answer

Sie ist unabhängig von der Temperatur.

Answer

Sie gilt nur für klassische Teilchen.

Question 12

Was beschreibt das Konzept der Entropie am besten?

Accepted Answer

Ein Maß für die Unordnung oder Zufälligkeit eines Systems.

Answer

Ein Maß für die Gesamtenergie des Systems.

Answer

Ein Maß für die Temperatur des Systems.

Answer

Ein Maß für die Arbeit, die das System verrichten kann.

Question 13

Welches Konzept ist das Herzstück der statistischen Mechanik?

Accepted Answer

Entropie als Maß für die Unordnung eines Systems

Answer

Freie Energie als maximale Arbeitsleistung eines Systems

Answer

Temperatur als Indikator für die durchschnittliche Teilchenenergie

Answer

Chemische Zusammensetzung als Bestimmungsfaktor für physikalische Eigenschaften

Question 14

Welches Ensemble beschreibt ein geschlossenes System mit konstanter Temperatur?

Accepted Answer

Kanonisches Ensemble

Answer

Mikrokanonisches Ensemble

Answer

Großkanonisches Ensemble

Question 15

Welcher Begriff bezeichnet die Chance, dass ein bestimmter Zustand eines Systems eintritt?

Accepted Answer

Wahrscheinlichkeit

Answer

Entropie

Answer

Temperatur

Answer

Freie Energie

Question 16

Welche Formel berechnet die Entropie eines Systems mit W Mikrozuständen?

Accepted Answer

S = k·ln(W)

Answer

S = W·k

Answer

S = 1/W

Answer

S = W²

Question 17

Was beschreibt die Entropie?

Accepted Answer

Den Grad der Unordnung in einem System

Answer

Eine unveränderliche Größe

Answer

Eine Größe, die sowohl positive als auch negative Werte annehmen kann

Answer

Eine Eigenschaft, die nur für geschlossene Systeme gilt

Question 18

Welches Ensemble beschreibt ein System mit fester Teilchenzahl, festem Volumen und fester Energie?

Accepted Answer

Mikrokanonisches Ensemble

Answer

Kanonisches Ensemble

Answer

Großkanonisches Ensemble

Question 19

Welche Aussage beschreibt die Hauptfunktion der Boltzmann-Verteilung in der Biophysik?

Accepted Answer

Sie berechnet die Wahrscheinlichkeit, dass ein System einen bestimmten Energiezustand einnimmt.

Answer

Sie gilt nur für ideale Gase.

Answer

Sie hängt nur von der Temperatur des Systems ab.

Question 20

Welche der folgenden Größen ist **keine** thermodynamische Zustandsgröße?

Accepted Answer

Zeit

Answer

Temperatur

Answer

Entropie

Question 21

Welcher Begriff beschreibt die Wahrscheinlichkeit, einen bestimmten Zustand eines Systems anzutreffen?

Accepted Answer

Wahrscheinlichkeitsdichte

Answer

Entropie

Answer

Gibbs-Energie

Answer

Temperatur

Question 22

Welche Aussage über die Entropie eines isolierten Systems ist korrekt?

Accepted Answer

Sie nimmt immer zu.

Answer

Sie ist immer positiv.

Answer

Sie ist ein Maß für die Ordnung des Systems.

Answer

Sie kann durch Arbeit verringert werden.

Question 23

Welches Konzept ist ein grundlegendes Prinzip der statistischen Physik?

Accepted Answer

Entropie

Answer

Gravitation

Answer

Elektromagnetismus

Answer

Quantenmechanik

Question 24

Welcher Begriff beschreibt die Wahrscheinlichkeit, dass ein System einen bestimmten Zustand einnimmt und ist eine Grundlage der statistischen Mechanik?

Accepted Answer

Wahrscheinlichkeitsverteilung

Answer

Entropie

Answer

Freie Energie

Answer

Thermodynamisches Potenzial

Question 25

Was beschreibt die Entropie eines Systems?

Accepted Answer

Die Anzahl der möglichen Zustände

Answer

Die Ordnung im System

Answer

Die Änderung der freien Energie

Answer

Die Wärmemenge im System

Question 26

Welche Formel beschreibt die Entropie (S) eines abgeschlossenen Systems im thermodynamischen Gleichgewicht?

Accepted Answer

S = k * ln(W)

Answer

S = Q / T

Answer

S = -dU / dT

Question 27

Welches Konzept bildet die Grundlage der statistischen Mechanik?

Accepted Answer

Wahrscheinlichkeitsverteilung

Answer

Entropie

Answer

Thermodynamische Gesetze

Answer

Freie Energie

Question 28

Welches Konzept ist ein grundlegendes Prinzip der statistischen Physik?

Accepted Answer

Entropie

Answer

Thermodynamische Zustandsgrößen

Answer

Quantenmechanik

Question 29

Was ist die treffendste Definition von Entropie?

Accepted Answer

Maß für die Unordnung in einem System

Answer

Maß für die geordnete Energie eines Systems

Answer

Maß für die Wärmeaufnahme oder -abgabe eines Systems

Answer

Maß für die Wahrscheinlichkeit eines bestimmten Systemzustands

Question 30

Welche der folgenden Aussagen beschreibt die Gibbs'sche Freie Energie G korrekt?

Accepted Answer

G = H - TS

Answer

G = H + TS

Answer

G = S - HT

Answer

G = T - HS

Question 31

Welche Formel beschreibt die Entropie **S** eines idealen Gases?

Accepted Answer

S = k * ln(V/N)

Answer

S = k * ln(N/V)

Answer

S = k * V/N

Answer

S = k * N/V

Question 32

Welche Aussage über die Entropie in einem abgeschlossenen System ist richtig?

Accepted Answer

Die Entropie nimmt mit der Zeit zu oder bleibt konstant.

Answer

Die Entropie nimmt mit der Zeit ab.

Answer

Die Entropie kann negativ sein.

Answer

Die Entropie ist eine intensive Größe.

Question 33

Was beschreibt die Entropie?

Accepted Answer

Die Unordnung oder Zufälligkeit eines Systems

Answer

Die Energie eines Systems

Answer

Die Temperatur eines Systems

Answer

Eine Erhaltungsgröße

Question 34

Was beschreibt die freie Energie von Gibbs am treffendsten?

Accepted Answer

Ein Maß für die Arbeitsfähigkeit eines Systems

Answer

Proportional zur Systemtemperatur

Answer

Immer negativ

Answer

Unabhängig von der Enthalpie des Systems

Question 35

Welche Formel beschreibt die Entropie eines abgeschlossenen Systems im thermodynamischen Gleichgewicht?

Accepted Answer

S = k * ln(W)

Answer

S = Q / T

Answer

S = 0

Question 36

Welche der folgenden Größen ist **keine** Zustandsgröße?

Accepted Answer

Zeit

Answer

Druck

Answer

Temperatur

Answer

Volumen

Question 37

Welcher Begriff bezeichnet in der statistischen Physik das Maß für die Unordnung oder Zufälligkeit eines Systems?

Accepted Answer

Entropie

Answer

Energie

Answer

Temperatur

Answer

Freie Energie

Question 38

Wie trägt die statistische Physik maßgeblich zur Erforschung biologischer Systeme bei?

Accepted Answer

Ermöglicht die Vorhersage des Verhaltens von Molekülen und Prozessen auf molekularer Ebene.

Answer

Beschränkt sich auf die Untersuchung von Systemen im Gleichgewicht.

Answer

Ist nur für die Untersuchung von Proteinen und Nukleinsäuren relevant.

Answer

Hat keine praktische Bedeutung für die Biophysik.

Question 39

Laut dem zweiten Hauptsatz der Thermodynamik nimmt die Entropie eines isolierten Systems zu oder bleibt konstant. Welche Aussage ist korrekt?

Accepted Answer

Die Entropie nimmt zu oder bleibt konstant.

Answer

Die Entropie kann abnehmen.

Question 40

Welches Gesetz beschreibt die Beziehung zwischen der Entropieänderung ΔS eines Systems, der aufgenommenen Wärme Q und der absoluten Temperatur T?

Accepted Answer

ΔS = Q / T

Answer

ΔS = T / Q

Answer

Q = ΔS * T

Answer

T = ΔS * Q

Question 41

Was beschreibt Entropie am besten?

Accepted Answer

Ein Maß für die Unordnung in einem System

Answer

Ein Maß für die Energie in einem System

Answer

Ein Maß für die Temperatur in einem System

Answer

Ein Maß für das Volumen eines Systems

Question 42

Welche der folgenden Größen ist **nicht** extensiv in der statistischen Physik?

Accepted Answer

Temperatur

Answer

Entropie

Answer

Innere Energie

Answer

Volumen

Question 43

Welcher der folgenden Ausdrücke beschreibt die Boltzmann-Verteilung?

Accepted Answer

p(E) = e^(-E/kT)

Answer

p(E) = E^(-kT)

Answer

p(E) = kT^(-E)

Answer

p(E) = e^(-kT/E)

Question 44

Welche Größe ist ein Maß für die Streuung einer Zufallsvariablen?

Accepted Answer

Standardabweichung

Answer

Mittelwert

Answer

Varianz

Answer

Modus

Question 45

Welche Größe ist ein Maß für die Unordnung eines Systems?

Accepted Answer

Entropie

Answer

Ordnungsparameter

Answer

Freie Energie

Answer

Temperatur

Question 46

Welche Aussage über die statistische Physik ist korrekt?

Accepted Answer

Basiert auf klassischer und Quantenmechanik.

Answer

Basiert auf klassischer Mechanik.

Answer

Basiert auf Quantenmechanik.

Answer

Keine der Aussagen ist richtig.

Question 47

Welches der folgenden Systeme befindet sich nicht im thermischen Gleichgewicht?

Accepted Answer

Ein System, das Wärme aufnimmt oder abgibt.

Answer

Ein System mit konstantem Druck

Answer

Ein System mit konstantem Volumen

Answer

Ein System mit konstanter Temperatur

Question 48

Welches der folgenden Gesetze beschreibt die Änderung der Entropie eines isolierten Systems?

Accepted Answer

Der zweite Hauptsatz der Thermodynamik

Answer

Der erste Hauptsatz der Thermodynamik

Answer

Das ideale Gasgesetz

Answer

Das Gesetz von Archimedes

Question 49

Welche der folgenden Größen ist eine intensive Größe?

Accepted Answer

Temperatur

Answer

Arbeit

Answer

Wärme

Answer

Volumen

Question 50

Welches der folgenden Systeme ist ein offenes System?

Accepted Answer

Ein System, das Materie und Energie mit seiner Umgebung austauschen kann.

Answer

Ein System, das nur Materie mit seiner Umgebung austauschen kann.

Answer

Ein System, das nur Energie mit seiner Umgebung austauschen kann.

Question 51

Welche der folgenden Aussagen beschreibt die Entropie korrekt?

Accepted Answer

Ein Maß für die Unordnung oder den Grad der Zufälligkeit eines Systems.

Answer

Ein Maß für die Temperatur eines Systems.

Answer

Ein Maß für die Energie eines Systems.

Answer

Ein Maß für das Volumen eines Systems.

Question 52

Welche der folgenden Einheiten wird zur Messung der Entropie verwendet?

Accepted Answer

J/K

Answer

J

Answer

kJ

Answer

K

Question 53

Welche der folgenden Aussagen beschreibt die Boltzmann-Verteilung?

Accepted Answer

Die Wahrscheinlichkeit, einen Zustand mit einer bestimmten Energie zu finden, ist proportional zu e^(-E/k⋅T).

Answer

Die Wahrscheinlichkeit, einen Zustand mit einer bestimmten Energie zu finden, ist konstant.

Answer

Die Wahrscheinlichkeit, einen Zustand mit einer höheren Energie zu finden, ist immer größer.

Question 54

Welche der folgenden Größen ist ein Maß für die Unordnung eines Systems?

Accepted Answer

Entropie

Answer

Druck

Answer

Energie

Answer

Temperatur

Question 55

Welche der folgenden Gleichungen beschreibt die Gibbs-Energie?

Accepted Answer

G = H - T⋅S

Answer

G = H + P⋅V

Answer

G = U + P⋅V

Answer

G = U - T⋅S

Question 56

Welcher Prozess ist mit einer Abnahme der freien Energie verbunden?

Accepted Answer

Spontane Reaktion

Answer

Gleichgewichtsreaktion

Answer

Exotherme Reaktion

Answer

Nicht-spontane Reaktion

Question 57

Welche der folgenden Aussagen beschreibt die Brownsche Bewegung?

Accepted Answer

Zufällige Bewegung von Teilchen in einem Flüssigkeitsmedium.

Answer

Wellenförmige Bewegung von Teilchen in einem gasförmigen Medium.

Answer

Geordnete Bewegung von Teilchen in einem festen Medium.

Question 58

Welcher Satz verknüpft die Entropie mit der Wahrscheinlichkeit des Auftretens eines Zustandes?

Accepted Answer

Satz von Boltzmann

Answer

Satz von Kelvin

Answer

Satz von Clausius

Answer

Satz von Carnot

Question 59

Welche Verteilungsfunktion beschreibt die Energieverteilung von Molekülen in einem Gas?

Accepted Answer

Maxwell-Boltzmann-Verteilung

Answer

Fermi-Dirac-Verteilung

Answer

Bose-Einstein-Verteilung

Answer

Poisson-Verteilung

Question 60

Der zweite Hauptsatz der Thermodynamik besagt, dass:

Accepted Answer

Die Entropie eines abgeschlossenen Systems nicht abnimmt.

Answer

Die Entropie eines offenen Systems immer zunimmt.

Answer

Die innere Energie eines Systems immer zunimmt.

Question 61

Die freie Energie wird definiert als:

Accepted Answer

Differenz aus innerer Energie und dem Produkt aus Temperatur und Entropie

Answer

Summe aus innerer Energie und dem Produkt aus Temperatur und Entropie

Answer

Differenz aus äußerer Energie und dem Produkt aus Temperatur und Entropie

Question 62

Die spezifische Wärmekapazität ist definiert als:

Accepted Answer

Wärmemenge, die benötigt wird, um die Temperatur einer Masseneinheit um eine Einheit zu erhöhen

Answer

Arbeitsmenge, die benötigt wird, um die Temperatur einer Masseneinheit um eine Einheit zu erhöhen

Answer

Entropieänderung, die benötigt wird, um die Temperatur einer Masseneinheit um eine Einheit zu erhöhen

Question 63

Welche der folgenden Größen ist eine intensive Größe?

Accepted Answer

Temperatur

Answer

Volumen

Answer

Masse

Answer

Energie

Question 64

Der zweite Hauptsatz der Thermodynamik besagt:

Accepted Answer

Die Entropie eines isolierten Systems nimmt mit der Zeit zu.

Answer

Die Energie eines abgeschlossenen Systems ist konstant.

Answer

Die Temperatur eines Systems kann nicht unter den absoluten Nullpunkt sinken.