Wärme und Energie
Das lernst du
- Ich unterscheide Temperatur und Wärme.
- Ich beschreibe die Ausdehnung von Stoffen bei Erwärmung.
- Ich erkläre die Aggregatzustände im Teilchenmodell.
- Ich lese und deute Temperatur-Zeit-Diagramme.
- Ich berechne Wärmemengen.
- Ich unterscheide Wärmeleitung, Strömung und Strahlung.
- Ich beurteile Dämmung und Energiesparen.
- Ich übe gemischte Aufgaben.
Merksätze
Temperatur sagt, wie warm es ist. Wärme ist die Energie, die von warm nach kalt fließt.
Wärmer heißt: Die Teilchen bewegen sich stärker und brauchen mehr Platz.
Deshalb haben Brücken Dehnungsfugen.
Fest: Teilchen auf festen Plätzen.
Flüssig: sie gleiten aneinander vorbei. Gasförmig: sie fliegen frei.
Während Eis schmilzt, ändert sich seine Temperatur nicht.
Die Energie löst die Teilchen voneinander, das Eis bleibt bei 0 °C.
Q = c · m · ΔT. Wasser braucht besonders viel: 4200 J je Kilogramm und Kelvin.
Leitung im Stoff, Strömung mit dem Stoff, Strahlung auch durch das Vakuum – deshalb wärmt die Sonne.
Eine gute Dämmung schließt Luft in kleinen Kammern ein: Luft leitet schlecht, und eingeschlossene Luft kann nicht strömen.
Selbst abfragen
Tippen dreht um, Wischen blättert.Leertaste dreht um, Pfeiltasten blättern.
So geht es – ein Beispiel je Aufgabenart
Ein Eiswürfel mit −5 °C schwimmt in Limonade mit 24 °C. Was geschieht?
- Vergleiche die Temperaturen: Welcher Körper ist wärmer?
- Limonade hat 24 °C, Eis hat −5 °C.
- Also: Energie fließt von der Limonade zum Eis.
Ergebnis: Energie fließt von der Limonade zum Eis.
Ein Becher mit 0,2 kg Wasser braucht 50,4 kJ, um von 20 °C auf 80 °C zu kommen. Wie viel Wärme braucht ein Topf mit 0,4 kg Wasser dafür?
- Gleiche Erwärmung: Die Wärme wächst mit der Masse.
- 0,4 kg : 0,2 kg = 2
- Q = 2 · 50,4 kJ = 100,8 kJ
Ergebnis: 100,8 kJ
Eine Stahlschiene ist 15 m lang und wird um 60 K wärmer (α = 0,012 mm/(m·K)). Um wie viele Millimeter wird sie länger? Berechne mit Einheit.
- Δl = α · l₀ · ΔT
- α · l₀ = 0,012 mm/(m·K) · 15 m = 0,18 mm/K
- Δl = 0,18 mm/K · 60 K = 10,8 mm
Ergebnis: 10,8 mm
Ein Kupferrohr ist bei 20 °C genau 1 m lang (α = 0,017 mm/(m·K)). Wie viele Millimeter ist es bei 80 °C lang? Berechne mit Einheit.
- l = l₀ + Δl
- Δl = 0,017 mm/(m·K) · 1 m · 60 K = 1,02 mm
- l₀ = 1 m = 1000 mm
- l = 1000 mm + 1,02 mm = 1001,02 mm
Ergebnis: 1001,02 mm
Typische Fehler – so sieht es falsch aus, so richtig
Wasser von 20 °C auf 80 °C: Q = 4,2 · 2 · 80
ΔT = 80 − 20 = 60 K → Q = 4,2 · 2 · 60 = 504 kJ (der Unterschied, nicht die Endtemperatur)
In Q = c · m · ΔT steht der UNTERSCHIED, nicht die Endtemperatur.
Beide 90 °C, also enthält der Eimer genauso viel Wärme wie der Teelöffel
gleiche Temperatur, verschiedene Wärmemenge: Q = c · m · ΔT → 10 kg → 10-mal so viel wie 1 kg
Ein Teelöffel und ein Eimer können gleich warm sein – die Wärmemenge ist völlig verschieden.
Eis von −10 °C, Heizplatte an: Temperatur steigt gleichmäßig bis 20 °C
−10 °C → 0 °C, dort BLEIBT sie, bis das Eis geschmolzen ist, dann weiter auf 20 °C
Solange Eis und Wasser nebeneinander sind, bleibt es 0 °C.
Weiter lesen und ausprobieren – auf fremden Seiten
- PhET-Simulation (University of Colorado Boulder): Energieformen und Wärme (CC BY-NC 4.0 – nur verlinkt)
- PhET-Simulation (University of Colorado Boulder): Aggregatzustände (CC BY-NC 4.0 – nur verlinkt)
- PhET-Simulation (University of Colorado Boulder): Wellen auf einer Schnur (CC BY-NC 4.0 – nur verlinkt)
Zum Ausdrucken: Drucken-Befehl des Browsers – die Seite ist dafür gebaut. Üben geht am Handy über den Code deiner Klasse, nicht hier.