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Physik · Klasse 7 und 8 · Kapitel

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Physik 7/8: Temperatur, Wärme und Ausdehnung

  • Entdecken Frage, Vorstellung, Bild
  • Merken kommt ins Heft
  • Beispiel vorgerechnet, Schritt für Schritt
  • Üben selbst rechnen
  • Achtung typischer Fehler
  • Weiterdenken zum Knobeln und Vernetzen

○ mit Starthilfe, ● für alle, ★ zum Weiterdenken. Du wählst mindestens eine ★-Aufgabe. Du rechnest ins Heft.

1Ich kann Temperaturen in Grad Celsius und Kelvin angeben und Temperaturunterschiede berechnen.

MerkenCelsius und Kelvin

Die Kelvin-Skala beginnt am absoluten Nullpunkt.

Er liegt bei −273 °C, also gilt: Kelvin = Grad Celsius + 273. Ein Unterschied von 1 °C ist genau 1 K.

BeispielCelsius und Kelvin

Das Wasser im Freibad hat 26 °C. Gib die Temperatur in Kelvin an.
0 °C273 Kϑ = 26 °CT = ?°CK
Schritt für Schritt
  1. Zahl in K = Zahl in °C + 273
  2. 26 + 273 = 299
  3. T = 299 K
  1. Zahl in K = Zahl in °C + 273
  2. 26 + 273 = 299
  3. T = 299 K
Ergebnis:
299 K

AchtungKelvin und Grad Celsius verwechselt

So nicht
20 °C = 20 K
So richtig
20 °C = (20 + 273) K = 293 K

Bei einer Temperatur unterscheiden sich die Zahlen um 273. Zahl in Kelvin = Zahl in Grad Celsius + 273.

ÜbenJetzt du

  1. ○1
    Tee in der Tasse hat 80 °C. Gib die Temperatur in Kelvin an.
    0 °C273 K100 °C373 Kϑ = 80 °CT = ?°CK
    So fängst du an:
    Zahl in K = Zahl in °C + 273
    Lösung zeigen
    1. Zahl in K = Zahl in °C + 273
    2. 80 + 273 = 353
    3. T = 353 K
    Ergebnis:
    353 K
  2. ●2
    Das Wasser im Freibad hat 22 °C. Gib die Temperatur in Kelvin an.
    0 °C273 Kϑ = 22 °CT = ?°CK
    Lösung zeigen
    1. Zahl in K = Zahl in °C + 273
    2. 22 + 273 = 295
    3. T = 295 K
    Ergebnis:
    295 K
  3. ★3
    Eine Tasse Kakao hat 330 K. Wie viel Grad Celsius sind das? Berechne mit Einheit.
    0 °C273 Kϑ = ?T = 330 K°CK
    Lösung zeigen
    1. Zahl in °C = Zahl in K − 273
    2. 330 − 273 = 57
    3. ϑ = 57 °C
    Ergebnis:
    57 °C

2Ich kann die Längenausdehnung beim Erwärmen berechnen.

MerkenWärmeausdehnung

Wird ein Stab wärmer, wird er länger.

Es gilt Δl = α · l₀ · ΔT, und α ist die Verlängerung je Meter und Kelvin. Deshalb haben Brücken Dehnungsfugen.

BeispielLängenausdehnung

Eine Betonplatte ist 20 m lang und wird um 25 K wärmer (α = 0,012 mm/(m·K)). Um wie viele Millimeter wird sie länger? Berechne mit Einheit.
vorherl₀ = 20 m25 K wärmerΔl = ?
Schritt für Schritt
  1. Δl = α · l₀ · ΔT
  2. α · l₀ = 0,012 mm/(m·K) · 20 m = 0,24 mm/K
  3. Δl = 0,24 mm/K · 25 K = 6 mm
  1. Δl = α · l₀ · ΔT
  2. α · l₀ = 0,012 mm/(m·K) · 20 m = 0,24 mm/K
  3. Δl = 0,24 mm/K · 25 K = 6 mm
Ergebnis:
6 mm

AchtungDifferenz vergessen

So nicht
v = 60 m : 8 s (ab null gerechnet)
So richtig
v = (60 m − 20 m) : (8 s − 4 s) = 10 m/s

Für die Steigung zählen die Änderungen: um wie viel der Weg in der Zeitspanne zunimmt. Rechne Endwert minus Anfangswert.

ÜbenJetzt du

  1. ○4
    Eine Stahlschiene ist 60 m lang und wird um 20 K wärmer (α = 0,012 mm/(m·K)). Um wie viele Millimeter wird sie länger? Berechne mit Einheit.
    vorherl₀ = 60 m20 K wärmerΔl = ?
    So fängst du an:
    Δl = α · l₀ · ΔT
    Lösung zeigen
    1. Δl = α · l₀ · ΔT
    2. α · l₀ = 0,012 mm/(m·K) · 60 m = 0,72 mm/K
    3. Δl = 0,72 mm/K · 20 K = 14,4 mm
    Ergebnis:
    14,4 mm
  2. ●5
    Eine Glasscheibe ist 1 m lang und wird um 50 K wärmer (α = 0,009 mm/(m·K)). Um wie viele Millimeter wird sie länger? Berechne mit Einheit.
    vorherl₀ = 1 m50 K wärmerΔl = ?
    Lösung zeigen
    1. Δl = α · l₀ · ΔT
    2. α · l₀ = 0,009 mm/(m·K) · 1 m = 0,009 mm/K
    3. Δl = 0,009 mm/K · 50 K = 0,45 mm
    Ergebnis:
    0,45 mm
  3. ★6
    Eine Betonbrücke ist 0,4 km lang. Im Winter hat sie −20 °C, im Sommer 25 °C (α = 0,012 mm/(m·K)). Um wie viele Zentimeter ändert sich ihre Länge? Berechne mit Einheit.
    Winter: −20 °Cl₀ = 0,4 kmSommer: 25 °CΔl = ?
    Lösung zeigen
    1. Δl = α · l₀ · ΔT
    2. 0,4 km = 400 m, ΔT = 25 + 20 = 45 K
    3. Δl = 0,012 mm/(m·K) · 400 m · 45 K = 216 mm
    4. 216 mm = 21,6 cm
    Ergebnis:
    21,6 cm

3Ich kann Wärme und Temperatur unterscheiden und sagen, wohin die Wärme fließt.

MerkenWärme ist nicht Temperatur

Die Temperatur sagt, wie warm ein Körper ist.

Wärme ist Energie, die vom wärmeren zum kälteren Körper fließt – Kälte fließt nicht. Mehr Masse braucht mehr Wärme.

BeispielWohin fließt die Wärme?

Eine Milchflasche mit 22 °C kommt in einen Kühlschrank mit 5 °C. Was geschieht?
Kühlschrank5 °CMilch22 °CIn welche Richtung fließt Energie?
Schritt für Schritt
  1. Vergleiche die Temperaturen: Welcher Körper ist wärmer?
  2. Milch hat 22 °C, Kühlschrank hat 5 °C.
  3. Also: Energie fließt von der Milch in die kalte Luft.
  1. Vergleiche die Temperaturen: Welcher Körper ist wärmer?
  2. Milch hat 22 °C, Kühlschrank hat 5 °C.
  3. Also: Energie fließt von der Milch in die kalte Luft.
Ergebnis:
Energie fließt von der Milch in die kalte Luft.

AchtungWärme und Temperatur gleichgesetzt

So nicht
0,2 kg und 2 kg Wasser, beide um 20 K erwärmt: gleich viel Wärme
So richtig
Q = 4,2 kJ/(kg·K) · 2 kg · 20 K = 168 kJ, bei 0,2 kg nur 16,8 kJ

Die Temperatur sagt, wie warm etwas ist. Die Wärme hängt auch davon ab, wie viel Stoff warm wird.

ÜbenJetzt du

  1. ○7
    In der Brotdose liegt ein Kühlakku mit −15 °C neben einem Joghurt mit 18 °C. Was geschieht?
    Kühlakku−15 °CJoghurt18 °CIn welche Richtung fließt Energie?
    So fängst du an:
    Vergleiche die Temperaturen: Welcher Körper ist wärmer?
    Lösung zeigen
    1. Vergleiche die Temperaturen: Welcher Körper ist wärmer?
    2. Joghurt hat 18 °C, Kühlakku hat −15 °C.
    3. Also: Energie fließt vom Joghurt zum Kühlakku.
    Ergebnis:
    Energie fließt vom Joghurt zum Kühlakku.
  2. ●8
    Eine Tasse Tee mit 90 °C steht in einem Zimmer mit 20 °C. Was geschieht?
    Luft20 °CTee90 °CIn welche Richtung fließt Energie?
    Lösung zeigen
    1. Vergleiche die Temperaturen: Welcher Körper ist wärmer?
    2. Tee hat 90 °C, Luft hat 20 °C.
    3. Also: Energie fließt vom Tee in die Luft.
    Ergebnis:
    Energie fließt vom Tee in die Luft.
  3. ★9
    Eine Badewanne mit 150 kg Wasser hat 40 °C. Eine Tasse Tee mit 0,2 kg hat 80 °C. Beide kühlen auf 20 °C ab. Was gibt mehr Wärme ab?
    0,2 kgTee 80 °C150 kgBadewanne 40 °Cbeide kühlen auf 20 °C ab
    Lösung zeigen
    1. Die Wärme hängt von der Masse und von der Abkühlung ab: Q = c · m · ΔT.
    2. Badewanne 150 kg und 20 K, Tee 0,2 kg und 60 K.
    3. Die Badewanne hat viel mehr Masse. Sie gibt mehr Wärme ab, obwohl sie kühler ist.
    Ergebnis:
    die Badewanne

4Ich kann die Wärme mit Q = c · m · ΔT berechnen.

MerkenWärme berechnen

Die Wärme hängt vom Stoff, der Masse und der Erwärmung ab.

Es gilt Q = c · m · ΔT, die Masse in kg und die Erwärmung in K. Wasser braucht 4,2 kJ je Kilogramm und Kelvin.

BeispielWärme: Q = c · m · ΔT

1,5 kg Wasser werden um 60 K erwärmt (c = 4,2 kJ/(kg·K)). Wie viel Wärme ist dafür nötig? Berechne mit Einheit.
m = 1,5 kgQ = ?ΔT = 60 K
Schritt für Schritt
  1. Q = c · m · ΔT
  2. c · m = 4,2 kJ/(kg·K) · 1,5 kg = 6,3 kJ/K
  3. Q = 6,3 kJ/K · 60 K = 378 kJ
  1. Q = c · m · ΔT
  2. c · m = 4,2 kJ/(kg·K) · 1,5 kg = 6,3 kJ/K
  3. Q = 6,3 kJ/K · 60 K = 378 kJ
Ergebnis:
378 kJ

AchtungMasse in Gramm statt Kilogramm

So nicht
Q = 4,2 kJ/(kg·K) · 500 g · 10 K = 21.000 kJ
So richtig
500 g = 0,5 kg, Q = 4,2 kJ/(kg·K) · 0,5 kg · 10 K = 21 kJ

Die Wärmekapazität gilt je Kilogramm. Rechne die Masse zuerst in Kilogramm um: 1000 g sind 1 kg.

ÜbenJetzt du

  1. ○10
    1 kg Wasser werden um 60 K erwärmt (c = 4,2 kJ/(kg·K)). Wie viel Wärme ist dafür nötig? Berechne mit Einheit.
    m = 1 kgQ = ?ΔT = 60 K
    So fängst du an:
    Q = c · m · ΔT
    Lösung zeigen
    1. Q = c · m · ΔT
    2. c · m = 4,2 kJ/(kg·K) · 1 kg = 4,2 kJ/K
    3. Q = 4,2 kJ/K · 60 K = 252 kJ
    Ergebnis:
    252 kJ
  2. ●11
    4 kg Wasser werden um 50 K erwärmt (c = 4,2 kJ/(kg·K)). Wie viel Wärme ist dafür nötig? Berechne mit Einheit.
    m = 4 kgQ = ?ΔT = 50 K
    Lösung zeigen
    1. Q = c · m · ΔT
    2. c · m = 4,2 kJ/(kg·K) · 4 kg = 16,8 kJ/K
    3. Q = 16,8 kJ/K · 50 K = 840 kJ
    Ergebnis:
    840 kJ
  3. ★12
    750 g Wasser werden von 15 °C auf 45 °C erwärmt (c = 4,2 kJ/(kg·K)). Wie viel Wärme in kJ ist nötig? Berechne mit Einheit.
    m = 750 gQ = ?vorher: 15 °Cnachher: 45 °C
    Lösung zeigen
    1. Q = c · m · ΔT
    2. 750 g = 0,75 kg, ΔT = 45 °C − 15 °C = 30 K
    3. Q = 4,2 kJ/(kg·K) · 0,75 kg · 30 K = 94,5 kJ
    Ergebnis:
    94,5 kJ

5Ich kann aus der Wärme die Erwärmung oder die Masse berechnen.

MerkenQ = c · m · ΔT umstellen

Die Formel ist eine Gleichung: ΔT = Q : (c · m) und m = Q : (c · ΔT).

Q und c müssen beide in kJ oder beide in J stehen.

BeispielErwärmung aus der Wärme

5 kg Wasser nehmen 105 kJ Wärme auf (c = 4,2 kJ/(kg·K)). Um wie viel Kelvin wird das Wasser wärmer? Berechne mit Einheit.
m = 5 kgQ = 105 kJΔT = ?
Schritt für Schritt
  1. ΔT = Q : (c · m)
  2. c · m = 4,2 kJ/(kg·K) · 5 kg = 21 kJ/K
  3. ΔT = 105 kJ : 21 kJ/K = 5 K
  1. ΔT = Q : (c · m)
  2. c · m = 4,2 kJ/(kg·K) · 5 kg = 21 kJ/K
  3. ΔT = 105 kJ : 21 kJ/K = 5 K
Ergebnis:
5 K

AchtungFormel falsch umgestellt

So nicht
V = ρ · m
So richtig
ρ = m : V   | · V   | : ρ   →   V = m : ρ

Stell die Formel wie eine Gleichung um: Auf beiden Seiten dasselbe tun, bis die gesuchte Größe allein steht.

ÜbenJetzt du

  1. ○13
    4 kg Wasser nehmen 672 kJ Wärme auf (c = 4,2 kJ/(kg·K)). Um wie viel Kelvin wird das Wasser wärmer? Berechne mit Einheit.
    m = 4 kgQ = 672 kJΔT = ?
    So fängst du an:
    ΔT = Q : (c · m)
    Lösung zeigen
    1. ΔT = Q : (c · m)
    2. c · m = 4,2 kJ/(kg·K) · 4 kg = 16,8 kJ/K
    3. ΔT = 672 kJ : 16,8 kJ/K = 40 K
    Ergebnis:
    40 K
  2. ●14
    3 kg Wasser nehmen 378 kJ Wärme auf (c = 4,2 kJ/(kg·K)). Um wie viel Kelvin wird das Wasser wärmer? Berechne mit Einheit.
    m = 3 kgQ = 378 kJΔT = ?
    Lösung zeigen
    1. ΔT = Q : (c · m)
    2. c · m = 4,2 kJ/(kg·K) · 3 kg = 12,6 kJ/K
    3. ΔT = 378 kJ : 12,6 kJ/K = 30 K
    Ergebnis:
    30 K
  3. ★15
    250 g Wasser mit 12 °C nehmen 26,25 kJ Wärme auf (c = 4,2 kJ/(kg·K)). Welche Temperatur hat das Wasser danach? Berechne mit Einheit.
    m = 250 gQ = 26,25 kJvorher: 12 °Cnachher: ϑ = ?
    Lösung zeigen
    1. ΔT = Q : (c · m)
    2. 250 g = 0,25 kg, c · m = 1,05 kJ/K
    3. ΔT = 26,25 kJ : 1,05 kJ/K = 25 K
    4. ϑ = 12 °C + 25 K = 37 °C
    Ergebnis:
    37 °C

6Ich kann Wärmeleitung, Wärmeströmung und Wärmestrahlung unterscheiden und Dämmung begründen.

MerkenDrei Wege der Wärme

Wärme fließt durch Leitung, Strömung oder Strahlung.

Bei der Strömung wandert der warme Stoff mit, Strahlung braucht keinen Stoff. Dämmung bremst den Fluss.

BeispielLeitung, Strömung, Strahlung

Ein Heizstrahler mit 300 °C hängt über einer Terrasse. Die Gäste spüren ihn, obwohl die Luft kalt ist. Erkläre: Wie kommt die Energie zu ihnen?
Heizstrahler300 °C?GästeWie kommt die Energie hinüber?
Schritt für Schritt
  1. Frag: Wandert der Stoff selbst mit? Dann ist es Strömung.
  2. Bleibt der Stoff, und berühren sich die Körper? Dann ist es Leitung.
  3. Ist gar kein Stoff dazwischen? Dann ist es Strahlung.
  4. Also: durch Strahlung, auch durch leeren Raum
  1. Frag: Wandert der Stoff selbst mit? Dann ist es Strömung.
  2. Bleibt der Stoff, und berühren sich die Körper? Dann ist es Leitung.
  3. Ist gar kein Stoff dazwischen? Dann ist es Strahlung.
  4. Also: durch Strahlung, auch durch leeren Raum
Ergebnis:
durch Strahlung, auch durch leeren Raum

AchtungWärmetransport verwechselt

So nicht
Die Sonne wärmt uns durch Wärmeleitung über die Luft.
So richtig
Sonne → Erde durch fast leeren Raum: Wärmestrahlung

Leitung geht von Teilchen zu Teilchen, bei der Strömung wandert der warme Stoff selbst, Strahlung braucht gar keinen Stoff.

ÜbenJetzt du

  1. ○16
    Die Luft hat nur 10 °C, trotzdem wärmt die Sonne dein Gesicht. Zwischen Sonne und Erde ist fast leerer Raum. Erkläre: Wie kommt die Energie zu dir?
    Sonne?GesichtLuft 10 °CWie kommt die Energie hinüber?
    So fängst du an:
    Frag: Wandert der Stoff selbst mit? Dann ist es Strömung.
    Lösung zeigen
    1. Frag: Wandert der Stoff selbst mit? Dann ist es Strömung.
    2. Bleibt der Stoff, und berühren sich die Körper? Dann ist es Leitung.
    3. Ist gar kein Stoff dazwischen? Dann ist es Strahlung.
    4. Also: durch Strahlung, auch durch leeren Raum
    Ergebnis:
    durch Strahlung, auch durch leeren Raum
  2. ●17
    Ein Metalllöffel steht in Tee mit 70 °C. Bald ist auch sein Griff warm. Erkläre: Wie kommt die Energie zum Griff?
    Tee70 °C?GriffWie kommt die Energie hinüber?
    Lösung zeigen
    1. Frag: Wandert der Stoff selbst mit? Dann ist es Strömung.
    2. Bleibt der Stoff, und berühren sich die Körper? Dann ist es Leitung.
    3. Ist gar kein Stoff dazwischen? Dann ist es Strahlung.
    4. Also: durch Leitung, von Teilchen zu Teilchen
    Ergebnis:
    durch Leitung, von Teilchen zu Teilchen
  3. ★18
    Tee mit 70 °C bleibt in einer Thermoskanne stundenlang heiß. Warum?
    Tee70 °CVakuumSpiegelRaum20 °CEnergie: Was bremst sie?
    Lösung zeigen
    1. Dämmung ist keine Quelle: Sie erzeugt weder Wärme noch Kälte.
    2. Energie fließt vom Wärmeren zum Kälteren. Eine Dämmung bremst diesen Fluss.
    3. Vakuum und Spiegel bremsen jeden Weg der Wärme.
    Ergebnis:
    Vakuum und Spiegel bremsen jeden Weg der Wärme.

7Ich kann Temperatur-Zeit-Diagramme beim Schmelzen und Sieden deuten.

MerkenSchmelzen und Sieden

Beim Schmelzen und Sieden bleibt die Temperatur gleich.

Die zugeführte Energie löst die Teilchen voneinander. Im Diagramm ist das ein waagerechtes Stück.

BeispielSchmelzen und Sieden im Diagramm

Ein Eiswürfel wird gleichmäßig erwärmt, ein Kästchen ist eine Minute. Wie viele Minuten dauert es, das Schmelzwasser von 0 °C auf 100 °C zu erwärmen? Berechne mit Einheit.
−20020406080100011t in minϑ in °C
Schritt für Schritt
  1. Das Wasser wird im steigenden Stück zwischen den beiden waagerechten Stücken wärmer.
  2. Es beginnt bei 5 min und erreicht 100 °C bei 9 min.
  3. Dauer = 9 min − 5 min = 4 min
  1. Das Wasser wird im steigenden Stück zwischen den beiden waagerechten Stücken wärmer.
  2. Es beginnt bei 5 min und erreicht 100 °C bei 9 min.
  3. Dauer = 9 min − 5 min = 4 min
Ergebnis:
4 min

AchtungNoch einmal: Differenz vergessen

So nicht
v = 60 m : 8 s (ab null gerechnet)
So richtig
v = (60 m − 20 m) : (8 s − 4 s) = 10 m/s

Für die Steigung zählen die Änderungen: um wie viel der Weg in der Zeitspanne zunimmt. Rechne Endwert minus Anfangswert.

ÜbenJetzt du

  1. ○19
    Ein Stück Gletschereis wird gleichmäßig erwärmt. Das Diagramm zeigt die Temperatur, ein Kästchen ist eine Minute. Wie viele Minuten dauert das Schmelzen? Berechne mit Einheit.
    −20020406080100010t in minϑ in °C
    So fängst du an:
    Beim Schmelzen bleibt die Temperatur gleich: Das ist das waagerechte Stück bei 0 °C.
    Lösung zeigen
    1. Beim Schmelzen bleibt die Temperatur gleich: Das ist das waagerechte Stück bei 0 °C.
    2. Es beginnt bei 2 min und endet bei 4 min.
    3. Dauer = 4 min − 2 min = 2 min
    Ergebnis:
    2 min
  2. ●20
    Eis wird gleichmäßig erwärmt, ein Kästchen ist eine Minute. Wie viele Minuten dauert es, das Schmelzwasser von 0 °C auf 100 °C zu erwärmen? Berechne mit Einheit.
    −20020406080100013t in minϑ in °C
    Lösung zeigen
    1. Das Wasser wird im steigenden Stück zwischen den beiden waagerechten Stücken wärmer.
    2. Es beginnt bei 6 min und erreicht 100 °C bei 11 min.
    3. Dauer = 11 min − 6 min = 5 min
    Ergebnis:
    5 min
  3. ★21
    Eis wird mit einer Heizplatte erwärmt, die gleichmäßig 500 W abgibt. Wie viel Energie in kJ nimmt es beim Schmelzen auf? Lies die Zeit im Diagramm ab.
    −20020406080100012t in minϑ in °CP = 500 W, E = ?
    Lösung zeigen
    1. Geschmolzen wird im waagerechten Stück bei 0 °C.
    2. Es dauert von 3 min bis 6 min, also 3 min = 180 s.
    3. E = P · t = 500 W · 180 s = 90.000 J = 90 kJ
    Ergebnis:
    90 kJ

Vermischte Übungen

Alles durcheinander – wie in der Arbeit. Überleg bei jeder Aufgabe zuerst: Welches Ziel ist das?

Üben

  1. ●22
    Ein Bügeleisen hat 160 °C. Gib die Temperatur in Kelvin an.
    0 °C273 K100 °C373 Kϑ = 160 °CT = ?°CK
    Lösung zeigen
    1. Zahl in K = Zahl in °C + 273
    2. 160 + 273 = 433
    3. T = 433 K
    Ergebnis:
    433 K
  2. ●23
    Das Wasser im Freibad wird von 18 °C auf 25 °C erwärmt. Um wie viel Kelvin steigt die Temperatur? Berechne mit Einheit.
    0 °C273 Kvorher 18 °Cnachher 25 °CΔT = ?°CK
    Lösung zeigen
    1. ΔT = Endtemperatur − Anfangstemperatur
    2. 25 − 18 = 7
    3. ΔT = 7 K
    Ergebnis:
    7 K
  3. ●24
    Ein Kupferrohr ist 4 m lang und wird um 20 K wärmer (α = 0,017 mm/(m·K)). Um wie viele Millimeter wird es länger? Berechne mit Einheit.
    vorherl₀ = 4 m20 K wärmerΔl = ?
    Lösung zeigen
    1. Δl = α · l₀ · ΔT
    2. α · l₀ = 0,017 mm/(m·K) · 4 m = 0,068 mm/K
    3. Δl = 0,068 mm/K · 20 K = 1,36 mm
    Ergebnis:
    1,36 mm
  4. ●25
    Ein Messingrohr ist bei 15 °C genau 2 m lang (α = 0,018 mm/(m·K)). Wie viele Millimeter ist es bei 70 °C lang? Berechne mit Einheit.
    vorher: 15 °Cl₀ = 2 m bei 15 °Cnachher: 70 °C, l = ?Δl
    Lösung zeigen
    1. l = l₀ + Δl
    2. Δl = 0,018 mm/(m·K) · 2 m · 55 K = 1,98 mm
    3. l₀ = 2 m = 2000 mm
    4. l = 2000 mm + 1,98 mm = 2001,98 mm
    Ergebnis:
    2001,98 mm
  5. ●26
    Ein Becher mit 0,25 kg Wasser braucht 52,5 kJ, um von 20 °C auf 70 °C zu kommen. Wie viel Wärme braucht ein Topf mit 1,25 kg Wasser dafür?
    0,25 kg52,5 kJ1,25 kgQ = ?beide von 20 °C auf 70 °C
    Lösung zeigen
    1. Gleiche Erwärmung: Die Wärme wächst mit der Masse.
    2. 1,25 kg : 0,25 kg = 5
    3. Q = 5 · 52,5 kJ = 262,5 kJ
    Ergebnis:
    262,5 kJ
  6. ●27
    3 kg Wasser werden um 20 K erwärmt (c = 4,2 kJ/(kg·K)). Wie viel Wärme ist dafür nötig? Berechne mit Einheit.
    m = 3 kgQ = ?ΔT = 20 K
    Lösung zeigen
    1. Q = c · m · ΔT
    2. c · m = 4,2 kJ/(kg·K) · 3 kg = 12,6 kJ/K
    3. Q = 12,6 kJ/K · 20 K = 252 kJ
    Ergebnis:
    252 kJ

Auf einen Blick

MerkenDas Wichtigste

Celsius und Kelvin
Die Kelvin-Skala beginnt am absoluten Nullpunkt.
Wärmeausdehnung
Wird ein Stab wärmer, wird er länger.
Wärme ist nicht Temperatur
Die Temperatur sagt, wie warm ein Körper ist.
Wärme berechnen
Die Wärme hängt vom Stoff, der Masse und der Erwärmung ab.
Q = c · m · ΔT umstellen
Die Formel ist eine Gleichung: ΔT = Q : (c · m) und m = Q : (c · ΔT).
Drei Wege der Wärme
Wärme fließt durch Leitung, Strömung oder Strahlung.
Schmelzen und Sieden
Beim Schmelzen und Sieden bleibt die Temperatur gleich.

Achtung273 zu einem Temperaturunterschied addiert

So nicht
von 20 °C auf 50 °C: ΔT = 30 + 273 = 303 K
So richtig
von 20 °C auf 50 °C: ΔT = 30 K

Für einen Unterschied kommt keine 273 dazu. Ein Unterschied von 1 °C ist genau 1 K.

AchtungKälte fließt

So nicht
Das Eis gibt Kälte an die Limonade ab.
So richtig
Limonade 20 °C → Eis 0 °C: Die Energie fließt von der Limonade zum Eis.

Kälte ist nichts, was fließt. Energie fließt immer vom wärmeren zum kälteren Körper.

AchtungKilojoule und Joule verwechselt

So nicht
Q = 4200 J/(kg·K) · 2 kg · 10 K = 84.000 kJ
So richtig
Q = 84.000 J = 84 kJ

Kilo heißt tausend: 1 kJ sind 1000 J. Schau, ob c in J oder in kJ angegeben ist, und schreib die passende Einheit.

AchtungWärmekapazität des falschen Stoffs

So nicht
Eisen erwärmen: Q = 4,2 kJ/(kg·K) · 1 kg · 10 K
So richtig
Eisen erwärmen: Q = 0,45 kJ/(kg·K) · 1 kg · 10 K = 4,5 kJ

Jeder Stoff hat sein eigenes c. Nimm das c des Stoffs, der warm wird, und lass es nicht weg.

AchtungEinheit vergessen

So nicht
ρ = 54 : 20 = 2,7
So richtig
ρ = 54 g : 20 cm³ = 2,7 g/cm³

Deine Zahl stimmt – aber eine Größe ist Zahl und Einheit. Schreib die Einheit dazu.

AchtungDämmung als Wärme- oder Kältequelle

So nicht
Die Jacke wärmt dich.
So richtig
Körper 37 °C → Jacke → draußen 0 °C: Die Energie kommt vom Körper, die Jacke bremst nur den Fluss.

Eine Dämmung erzeugt weder Wärme noch Kälte. Sie bremst nur den Fluss der Energie vom Wärmeren zum Kälteren.

AchtungWaagerechtes Stück beim Schmelzen und Sieden falsch gedeutet

So nicht
Beim Sieden steigt die Temperatur weiter, das Thermometer ist nur zu langsam.
So richtig
Beim Sieden bleibt ϑ = 100 °C, die Energie trennt die Teilchen voneinander.

Beim Schmelzen und Sieden fließt weiter Energie zu, aber die Temperatur bleibt. Die Energie löst die Teilchen voneinander.

AchtungTeilchen mit den Eigenschaften des Stoffs

So nicht
Beim Schmelzen werden die Teilchen weich.
So richtig
fest → flüssig: Die Teilchen verlassen ihre festen Plätze. Die Teilchen selbst bleiben gleich.

Die Teilchen selbst ändern sich nie. Sie werden nicht weich, nicht größer und nicht nass – es ändern sich nur Abstand und Ordnung.

Kannst du das?

Je Ziel eine Aufgabe. Rechne sie ins Heft, dann kreuz ehrlich an. Keine Punkte, keine Note – der Test ist für dich.

ÜbenSelbsttest

  1. Ich kann Temperaturen in Grad Celsius und Kelvin angeben und Temperaturunterschiede berechnen.

    28
    Ein Bügeleisen hat 160 °C. Gib die Temperatur in Kelvin an.
    0 °C273 K100 °C373 Kϑ = 160 °CT = ?°CK
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    433 K

  2. Ich kann die Längenausdehnung beim Erwärmen berechnen.

    29
    Ein Stahlträger ist 12 m lang und wird um 40 K wärmer (α = 0,012 mm/(m·K)). Um wie viele Millimeter wird er länger? Berechne mit Einheit.
    vorherl₀ = 12 m40 K wärmerΔl = ?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    5,76 mm

  3. Ich kann Wärme und Temperatur unterscheiden und sagen, wohin die Wärme fließt.

    30
    Deine Hand hat 34 °C. Du fasst ein Metallgeländer mit 2 °C an. Was geschieht?
    Metall2 °CHand34 °CIn welche Richtung fließt Energie?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Energie fließt von der Hand ins Metall.

  4. Ich kann die Wärme mit Q = c · m · ΔT berechnen.

    31
    2,5 kg Wasser werden um 60 K erwärmt (c = 4,2 kJ/(kg·K)). Wie viel Wärme ist dafür nötig? Berechne mit Einheit.
    m = 2,5 kgQ = ?ΔT = 60 K
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    630 kJ

  5. Ich kann aus der Wärme die Erwärmung oder die Masse berechnen.

    32
    0,5 kg Wasser nehmen 84 kJ Wärme auf (c = 4,2 kJ/(kg·K)). Um wie viel Kelvin wird das Wasser wärmer? Berechne mit Einheit.
    m = 0,5 kgQ = 84 kJΔT = ?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    40 K

  6. Ich kann Wärmeleitung, Wärmeströmung und Wärmestrahlung unterscheiden und Dämmung begründen.

    33
    Eine Pfanne steht auf einer Herdplatte mit 150 °C. Erkläre: Wie kommt die Energie in den Boden der Pfanne?
    Herdplatte150 °C?PfanneWie kommt die Energie hinüber?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    durch Leitung, von Teilchen zu Teilchen

  7. Ich kann Temperatur-Zeit-Diagramme beim Schmelzen und Sieden deuten.

    34
    Schnee wird gleichmäßig erwärmt, ein Kästchen ist eine Minute. Wie viele Minuten dauert es, das Schmelzwasser von 0 °C auf 100 °C zu erwärmen? Berechne mit Einheit.
    −20020406080100015t in minϑ in °C
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    5 min

Bei „unsicher“ oder „noch nicht“: Lies den Abschnitt zum Ziel noch einmal und rechne seine drei Aufgaben.

Wörter

Gleichung
zwei Rechnungen, die gleich viel wert sind

Wie es zusammenhängt

Das brauchst du vorher: Rationale Zahlen, Zuordnungen

Lösungen

  1. 353 K
  2. 295 K
  3. 57 °C
  4. 14,4 mm
  5. 0,45 mm
  6. 21,6 cm
  7. Energie fließt vom Joghurt zum Kühlakku.
  8. Energie fließt vom Tee in die Luft.
  9. die Badewanne
  10. 252 kJ
  11. 840 kJ
  12. 94,5 kJ
  13. 40 K
  14. 30 K
  15. 37 °C
  16. durch Strahlung, auch durch leeren Raum
  17. durch Leitung, von Teilchen zu Teilchen
  18. Vakuum und Spiegel bremsen jeden Weg der Wärme.
  19. 2 min
  20. 5 min
  21. 90 kJ
  22. 433 K
  23. 7 K
  24. 1,36 mm
  25. 2001,98 mm
  26. 262,5 kJ
  27. 252 kJ
  28. 433 K
  29. 5,76 mm
  30. Energie fließt von der Hand ins Metall.
  31. 630 kJ
  32. 40 K
  33. durch Leitung, von Teilchen zu Teilchen
  34. 5 min