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Physik · Klasse 7 und 8 · Kapitel

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Wärme und Energie

  • 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 unterscheide Temperatur und Wärme.

MerkenTemperatur und Wärme

Temperatur sagt, wie warm es ist. Wärme ist die Energie, die von warm nach kalt fließt.

BeispielWohin fließt die Wärme?

In der Brotdose liegt ein Kühlakku mit −18 °C neben einem Joghurt mit 18 °C. Was geschieht?
Kühlakku−18 °CJoghurt18 °CIn welche Richtung fließt Energie?
Schritt für Schritt
  1. Vergleiche die Temperaturen: Welcher Körper ist wärmer?
  2. Joghurt hat 18 °C, Kühlakku hat −18 °C.
  3. Also: Energie fließt vom Joghurt zum Kühlakku.
  1. Vergleiche die Temperaturen: Welcher Körper ist wärmer?
  2. Joghurt hat 18 °C, Kühlakku hat −18 °C.
  3. Also: Energie fließt vom Joghurt zum Kühlakku.
Ergebnis:
Energie fließt vom Joghurt zum Kühlakku.

ÜbenJetzt du

  1. ○1
    In der Brotdose liegt ein Kühlakku mit −15 °C neben einem Joghurt mit 20 °C. Was geschieht?
    Kühlakku−15 °CJoghurt20 °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 20 °C, Kühlakku hat −15 °C.
    3. Also: Energie fließt vom Joghurt zum Kühlakku.
    Ergebnis:
    Energie fließt vom Joghurt zum Kühlakku.
  2. ●2
    Deine Hand hat 32 °C. Du fasst ein Metallgeländer mit 2 °C an. Was geschieht?
    Metall2 °CHand32 °CIn welche Richtung fließt Energie?
    Lösung zeigen
    1. Vergleiche die Temperaturen: Welcher Körper ist wärmer?
    2. Hand hat 32 °C, Metall hat 2 °C.
    3. Also: Energie fließt von der Hand ins Metall.
    Ergebnis:
    Energie fließt von der Hand ins Metall.
  3. ★3
    Ein Metalllöffel und ein Holzlöffel sind seit Stunden in einem Raum mit 19 °C. Das Metall fühlt sich kälter an. Was stimmt?
    Metall19 °CHolz19 °CIn welche Richtung fließt Energie?
    Lösung zeigen
    1. Was lange im selben Raum liegt, nimmt die Temperatur des Raums an.
    2. Also haben beide 19 °C.
    3. Deine Hand ist wärmer. Das Metall leitet ihre Wärme schneller weg, deshalb fühlt es sich kalt an.
    Ergebnis:
    Beide haben 19 °C, das Metall leitet die Wärme der Hand schneller weg.

2Ich beschreibe die Ausdehnung von Stoffen bei Erwärmung.

MerkenStoffe dehnen sich aus

Wärmer heißt: Die Teilchen bewegen sich stärker und brauchen mehr Platz.

Deshalb haben Brücken Dehnungsfugen.

BeispielLängenausdehnung

Ein Kupferrohr ist 10 m lang und wird um 40 K wärmer (α = 0,017 mm/(m·K)). Um wie viele Millimeter wird es länger? Berechne mit Einheit.
vorherl₀ = 10 m40 K wärmerΔl = ?
Schritt für Schritt
  1. Δl = α · l₀ · ΔT
  2. α · l₀ = 0,017 mm/(m·K) · 10 m = 0,17 mm/K
  3. Δl = 0,17 mm/K · 40 K = 6,8 mm
  1. Δl = α · l₀ · ΔT
  2. α · l₀ = 0,017 mm/(m·K) · 10 m = 0,17 mm/K
  3. Δl = 0,17 mm/K · 40 K = 6,8 mm
Ergebnis:
6,8 mm

ÜbenJetzt du

  1. ○4
    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 = ?
    So fängst du an:
    Δl = α · l₀ · ΔT
    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
  2. ●5
    Ein Stahlträger ist 10 m lang und wird um 25 K wärmer (α = 0,012 mm/(m·K)). Um wie viele Millimeter wird er länger? Berechne mit Einheit.
    vorherl₀ = 10 m25 K wärmerΔl = ?
    Lösung zeigen
    1. Δl = α · l₀ · ΔT
    2. α · l₀ = 0,012 mm/(m·K) · 10 m = 0,12 mm/K
    3. Δl = 0,12 mm/K · 25 K = 3 mm
    Ergebnis:
    3 mm
  3. ★6
    Eine Betonbrücke ist 0,25 km lang. Im Winter hat sie −20 °C, im Sommer 40 °C (α = 0,012 mm/(m·K)). Um wie viele Zentimeter ändert sich ihre Länge? Berechne mit Einheit.
    Winter: −20 °Cl₀ = 0,25 kmSommer: 40 °CΔl = ?
    Lösung zeigen
    1. Δl = α · l₀ · ΔT
    2. 0,25 km = 250 m, ΔT = 40 + 20 = 60 K
    3. Δl = 0,012 mm/(m·K) · 250 m · 60 K = 180 mm
    4. 180 mm = 18 cm
    Ergebnis:
    18 cm

3Ich erkläre die Aggregatzustände im Teilchenmodell.

MerkenTeilchenmodell

Fest: Teilchen auf festen Plätzen.

Flüssig: sie gleiten aneinander vorbei. Gasförmig: sie fliegen frei.

BeispielSchmelzen und Sieden im Diagramm

Ein Eiswürfel wird gleichmäßig erwärmt. Das Diagramm zeigt die Temperatur, ein Kästchen ist eine Minute. Wie viele Minuten dauert das Schmelzen? Berechne mit Einheit.
−20020406080100014t in minϑ in °C
Schritt für Schritt
  1. Beim Schmelzen bleibt die Temperatur gleich: Das ist das waagerechte Stück bei 0 °C.
  2. Es beginnt bei 1 min und endet bei 7 min.
  3. Dauer = 7 min − 1 min = 6 min
  1. Beim Schmelzen bleibt die Temperatur gleich: Das ist das waagerechte Stück bei 0 °C.
  2. Es beginnt bei 1 min und endet bei 7 min.
  3. Dauer = 7 min − 1 min = 6 min
Ergebnis:
6 min

ÜbenJetzt du

  1. ○7
    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
    So fängst du an:
    Das Wasser wird im steigenden Stück zwischen den beiden waagerechten Stücken wärmer.
    Lösung zeigen
    1. Das Wasser wird im steigenden Stück zwischen den beiden waagerechten Stücken wärmer.
    2. Es beginnt bei 5 min und erreicht 100 °C bei 8 min.
    3. Dauer = 8 min − 5 min = 3 min
    Ergebnis:
    3 min
  2. ●8
    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.
    −20020406080100014t in minϑ in °C
    Lösung zeigen
    1. Beim Schmelzen bleibt die Temperatur gleich: Das ist das waagerechte Stück bei 0 °C.
    2. Es beginnt bei 1 min und endet bei 6 min.
    3. Dauer = 6 min − 1 min = 5 min
    Ergebnis:
    5 min
  3. ★9
    Ein Stück Gletschereis 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.
    −20020406080100013t 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 7 min, also 4 min = 240 s.
    3. E = P · t = 500 W · 240 s = 120.000 J = 120 kJ
    Ergebnis:
    120 kJ

4Ich lese und deute Temperatur-Zeit-Diagramme.

MerkenBeim Übergang bleibt die Temperatur gleich

Während Eis schmilzt, ändert sich seine Temperatur nicht.

Die Energie löst die Teilchen voneinander, das Eis bleibt bei 0 °C.

BeispielAggregatzustände im Teilchenmodell

Schokolade schmilzt bei 32 °C in der warmen Hand. Was geschieht dabei mit ihren Teilchen? Erkläre im Teilchenmodell.
festflüssiggasförmigSchmelzen: Teilchen?Schokolade, 32 °C
Schritt für Schritt
  1. Die Teilchen selbst bleiben immer gleich: gleich groß, gleich hart, nicht nass.
  2. Es ändern sich nur ihr Abstand, ihre Ordnung und wie schnell sie sich bewegen.
  3. Sie verlassen ihre festen Plätze und bleiben gleich groß.
  1. Die Teilchen selbst bleiben immer gleich: gleich groß, gleich hart, nicht nass.
  2. Es ändern sich nur ihr Abstand, ihre Ordnung und wie schnell sie sich bewegen.
  3. Sie verlassen ihre festen Plätze und bleiben gleich groß.
Ergebnis:
Sie verlassen ihre festen Plätze und bleiben gleich groß.

ÜbenJetzt du

  1. ○10
    Flüssiges Wachs mit 90 °C kühlt in einer Form ab und wird fest. Was geschieht dabei mit seinen Teilchen? Erkläre im Teilchenmodell.
    festflüssiggasförmigErstarren: Teilchen?Wachs, 90 °C
    So fängst du an:
    Die Teilchen selbst bleiben immer gleich: gleich groß, gleich hart, nicht nass.
    Lösung zeigen
    1. Die Teilchen selbst bleiben immer gleich: gleich groß, gleich hart, nicht nass.
    2. Es ändern sich nur ihr Abstand, ihre Ordnung und wie schnell sie sich bewegen.
    3. Sie rücken auf feste Plätze und schwingen nur noch dort.
    Ergebnis:
    Sie rücken auf feste Plätze und schwingen nur noch dort.
  2. ●11
    Eine Pfütze mit 25 °C trocknet in der Sonne. Was geschieht dabei mit ihren Wasserteilchen? Erkläre im Teilchenmodell.
    festflüssiggasförmigVerdampfen: Teilchen?Wasser, 25 °C
    Lösung zeigen
    1. Die Teilchen selbst bleiben immer gleich: gleich groß, gleich hart, nicht nass.
    2. Es ändern sich nur ihr Abstand, ihre Ordnung und wie schnell sie sich bewegen.
    3. Sie lösen sich voneinander und fliegen einzeln umher.
    Ergebnis:
    Sie lösen sich voneinander und fliegen einzeln umher.
  3. ★12
    Wasser siedet im Topf bei 100 °C, die Platte gibt weiter 1500 W ab. Warum steigt die Temperatur nicht?
    −2002040608010009t in minϑ in °CWarum waagerecht?
    Lösung zeigen
    1. Die Temperatur sagt, wie schnell sich die Teilchen bewegen.
    2. Beim Schmelzen und Sieden fließt weiter Energie zu. Sie trennt die Teilchen voneinander.
    3. Erst wenn alles geschmolzen oder verdampft ist, steigt die Temperatur weiter.
    Ergebnis:
    Die Energie löst die Teilchen, sie werden nicht schneller.

5Ich berechne Wärmemengen.

MerkenWärmemenge

Q = c · m · ΔT. Wasser braucht besonders viel: 4200 J je Kilogramm und Kelvin.

BeispielWärme: Q = c · m · ΔT

0,5 kg Wasser werden um 50 K erwärmt (c = 4,2 kJ/(kg·K)). Wie viel Wärme ist dafür nötig? Berechne mit Einheit.
m = 0,5 kgQ = ?ΔT = 50 K
Schritt für Schritt
  1. Q = c · m · ΔT
  2. c · m = 4,2 kJ/(kg·K) · 0,5 kg = 2,1 kJ/K
  3. Q = 2,1 kJ/K · 50 K = 105 kJ
  1. Q = c · m · ΔT
  2. c · m = 4,2 kJ/(kg·K) · 0,5 kg = 2,1 kJ/K
  3. Q = 2,1 kJ/K · 50 K = 105 kJ
Ergebnis:
105 kJ

ÜbenJetzt du

  1. ○13
    4 kg Wasser werden um 30 K erwärmt (c = 4,2 kJ/(kg·K)). Wie viel Wärme ist dafür nötig? Berechne mit Einheit.
    m = 4 kgQ = ?ΔT = 30 K
    So fängst du an:
    Q = c · m · ΔT
    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 · 30 K = 504 kJ
    Ergebnis:
    504 kJ
  2. ●14
    5 kg Wasser werden um 40 K erwärmt (c = 4,2 kJ/(kg·K)). Wie viel Wärme ist dafür nötig? Berechne mit Einheit.
    m = 5 kgQ = ?ΔT = 40 K
    Lösung zeigen
    1. Q = c · m · ΔT
    2. c · m = 4,2 kJ/(kg·K) · 5 kg = 21 kJ/K
    3. Q = 21 kJ/K · 40 K = 840 kJ
    Ergebnis:
    840 kJ
  3. ★15
    2 kg Wasser werden von 22 °C auf 45 °C erwärmt (c = 4200 J/(kg·K)). Wie viel Wärme in kJ ist nötig? Berechne mit Einheit.
    m = 2 kgQ = ?vorher: 22 °Cnachher: 45 °C
    Lösung zeigen
    1. Q = c · m · ΔT
    2. ΔT = 45 °C − 22 °C = 23 K
    3. Q = 4200 J/(kg·K) · 2 kg · 23 K = 193.200 J
    4. 193.200 J = 193,2 kJ
    Ergebnis:
    193,2 kJ

6Ich unterscheide Wärmeleitung, Strömung und Strahlung.

MerkenDrei Wege

Leitung im Stoff, Strömung mit dem Stoff, Strahlung auch durch das Vakuum – deshalb wärmt die Sonne.

BeispielLeitung, Strömung, Strahlung

Wasser im Topf wird von unten auf 50 °C erwärmt. Bald ist es oben genauso warm. Erkläre: Wie kommt die Energie nach oben?
unten50 °C?obenWie 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 Strömung, der warme Stoff wandert
  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 Strömung, der warme Stoff wandert
Ergebnis:
durch Strömung, der warme Stoff wandert

ÜbenJetzt du

  1. ○16
    Die Luft hat nur 12 °C, trotzdem wärmt die Sonne dein Gesicht. Zwischen Sonne und Erde ist fast leerer Raum. Erkläre: Wie kommt die Energie zu dir?
    Sonne?GesichtLuft 12 °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
    Du hältst einen Eiswürfel mit −10 °C in der Hand. Erkläre: Wie kommt die Energie von der Hand ins Eis?
    Hand?Eis−10 °CWie 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 beurteile Dämmung und Energiesparen.

MerkenDämmen heißt Wege sperren

Eine gute Dämmung schließt Luft in kleinen Kammern ein: Luft leitet schlecht, und eingeschlossene Luft kann nicht strömen.

BeispielDämmung und U-Wert

Ein neues Fenster hat 2 m² und den U-Wert 0,8 W/(m²·K). Drinnen sind 21 °C, draußen −2 °C. Wie viel Wärme fließt je Sekunde hindurch? Berechne mit Einheit.
drinnen21 °CU = 0,8A = 2 m²draußen−2 °CP = ?
Schritt für Schritt
  1. P = U · A · ΔT
  2. ΔT = 21 °C − (−2 °C) = 23 K
  3. P = 0,8 W/(m²·K) · 2 m² · 23 K = 36,8 W
  1. P = U · A · ΔT
  2. ΔT = 21 °C − (−2 °C) = 23 K
  3. P = 0,8 W/(m²·K) · 2 m² · 23 K = 36,8 W
Ergebnis:
36,8 W

ÜbenJetzt du

  1. ○19
    Eine gedämmte Wand hat 40 m² und den U-Wert 0,25 W/(m²·K). Drinnen sind 21 °C, draußen −2 °C. Wie viel Wärme fließt je Sekunde hindurch? Berechne mit Einheit.
    drinnen21 °CU = 0,25A = 40 m²draußen−2 °CP = ?
    So fängst du an:
    P = U · A · ΔT
    Lösung zeigen
    1. P = U · A · ΔT
    2. ΔT = 21 °C − (−2 °C) = 23 K
    3. P = 0,25 W/(m²·K) · 40 m² · 23 K = 230 W
    Ergebnis:
    230 W
  2. ●20
    Eine gedämmte Wand hat 40 m² und den U-Wert 0,2 W/(m²·K). Drinnen sind 22 °C, draußen −5 °C. Wie viel Wärme fließt je Sekunde hindurch? Berechne mit Einheit.
    drinnen22 °CU = 0,2A = 40 m²draußen−5 °CP = ?
    Lösung zeigen
    1. P = U · A · ΔT
    2. ΔT = 22 °C − (−5 °C) = 27 K
    3. P = 0,2 W/(m²·K) · 40 m² · 27 K = 216 W
    Ergebnis:
    216 W
  3. ★21
    Ein Dach mit 100 m² wird gedämmt. Der U-Wert sinkt von 1 auf 0,2 W/(m²·K). Drinnen sind 20 °C, draußen −10 °C. Wie viel Wärme je Sekunde wird gespart?
    drinnen20 °CU₁ = 1U₂ = 0,2A = 100 m²draußen−10 °Cgespart: ΔP = ?
    Lösung zeigen
    1. Gespart wird der Unterschied der U-Werte: ΔP = (U₁ − U₂) · A · ΔT
    2. ΔT = 20 °C − (−10 °C) = 30 K, U₁ − U₂ = 0,8 W/(m²·K)
    3. ΔP = 0,8 W/(m²·K) · 100 m² · 30 K = 2400 W
    Ergebnis:
    2400 W

Vermischte Übungen

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

Üben

  1. ●22
    Ein Eiswürfel mit −5 °C schwimmt in Limonade mit 24 °C. Was geschieht?
    Eis−5 °CLimonade24 °CIn welche Richtung fließt Energie?
    Lösung zeigen
    1. Vergleiche die Temperaturen: Welcher Körper ist wärmer?
    2. Limonade hat 24 °C, Eis hat −5 °C.
    3. Also: Energie fließt von der Limonade zum Eis.
    Ergebnis:
    Energie fließt von der Limonade zum Eis.
  2. ●23
    Ein Becher mit 0,5 kg Wasser braucht 63 kJ, um von 20 °C auf 50 °C zu kommen. Wie viel Wärme braucht ein Topf mit 1,5 kg Wasser dafür?
    0,5 kg63 kJ1,5 kgQ = ?beide von 20 °C auf 50 °C
    Lösung zeigen
    1. Gleiche Erwärmung: Die Wärme wächst mit der Masse.
    2. 1,5 kg : 0,5 kg = 3
    3. Q = 3 · 63 kJ = 189 kJ
    Ergebnis:
    189 kJ
  3. ●24
    Eine Stahlschiene ist 30 m lang und wird um 10 K wärmer (α = 0,012 mm/(m·K)). Um wie viele Millimeter wird sie länger? Berechne mit Einheit.
    vorherl₀ = 30 m10 K wärmerΔl = ?
    Lösung zeigen
    1. Δl = α · l₀ · ΔT
    2. α · l₀ = 0,012 mm/(m·K) · 30 m = 0,36 mm/K
    3. Δl = 0,36 mm/K · 10 K = 3,6 mm
    Ergebnis:
    3,6 mm
  4. ●25
    Ein Kupferrohr ist bei 20 °C genau 1 m lang (α = 0,017 mm/(m·K)). Wie viele Millimeter ist es bei 70 °C lang? Berechne mit Einheit.
    vorher: 20 °Cl₀ = 1 m bei 20 °Cnachher: 70 °C, l = ?Δl
    Lösung zeigen
    1. l = l₀ + Δl
    2. Δl = 0,017 mm/(m·K) · 1 m · 50 K = 0,85 mm
    3. l₀ = 1 m = 1000 mm
    4. l = 1000 mm + 0,85 mm = 1000,85 mm
    Ergebnis:
    1000,85 mm
  5. ●26
    Wasser mit 20 °C kommt ins Gefrierfach und wird zu Eis. Was geschieht dabei mit seinen Teilchen? Erkläre im Teilchenmodell.
    festflüssiggasförmigErstarren: Teilchen?Wasser, 20 °C
    Lösung zeigen
    1. Die Teilchen selbst bleiben immer gleich: gleich groß, gleich hart, nicht nass.
    2. Es ändern sich nur ihr Abstand, ihre Ordnung und wie schnell sie sich bewegen.
    3. Sie rücken auf feste Plätze und schwingen nur noch dort.
    Ergebnis:
    Sie rücken auf feste Plätze und schwingen nur noch dort.
  6. ●27
    0,5 kg Wasser werden um 30 K erwärmt (c = 4,2 kJ/(kg·K)). Wie viel Wärme ist dafür nötig? Berechne mit Einheit.
    m = 0,5 kgQ = ?ΔT = 30 K
    Lösung zeigen
    1. Q = c · m · ΔT
    2. c · m = 4,2 kJ/(kg·K) · 0,5 kg = 2,1 kJ/K
    3. Q = 2,1 kJ/K · 30 K = 63 kJ
    Ergebnis:
    63 kJ

Auf einen Blick

MerkenDas Wichtigste

Temperatur und Wärme
Temperatur sagt, wie warm es ist. Wärme ist die Energie, die von warm nach kalt fließt.
Stoffe dehnen sich aus
Wärmer heißt: Die Teilchen bewegen sich stärker und brauchen mehr Platz.
Teilchenmodell
Fest: Teilchen auf festen Plätzen.
Beim Übergang bleibt die Temperatur gleich
Während Eis schmilzt, ändert sich seine Temperatur nicht.
Wärmemenge
Q = c · m · ΔT. Wasser braucht besonders viel: 4200 J je Kilogramm und Kelvin.
Drei Wege
Leitung im Stoff, Strömung mit dem Stoff, Strahlung auch durch das Vakuum – deshalb wärmt die Sonne.
Dämmen heißt Wege sperren
Eine gute Dämmung schließt Luft in kleinen Kammern ein: Luft leitet schlecht, und eingeschlossene Luft kann nicht strömen.

AchtungΔT statt Endtemperatur

So nicht
Wasser von 20 °C auf 80 °C: Q = 4,2 · 2 · 80
So richtig
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.

AchtungTemperatur mit Wärme gleichgesetzt

So nicht
Beide 90 °C, also enthält der Eimer genauso viel Wärme wie der Teelöffel
So richtig
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.

AchtungBeim Schmelzen steigt die Temperatur

So nicht
Eis von −10 °C, Heizplatte an: Temperatur steigt gleichmäßig bis 20 °C
So richtig
−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.

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 unterscheide Temperatur und Wärme.

    28
    Eine Milchflasche mit 22 °C kommt in einen Kühlschrank mit 5 °C. Was geschieht?
    Kühlschrank5 °CMilch22 °CIn welche Richtung fließt Energie?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Energie fließt von der Milch in die kalte Luft.

  2. Ich beschreibe die Ausdehnung von Stoffen bei Erwärmung.

    29
    Eine Betonplatte ist 10 m lang und wird um 30 K wärmer (α = 0,012 mm/(m·K)). Um wie viele Millimeter wird sie länger? Berechne mit Einheit.
    vorherl₀ = 10 m30 K wärmerΔl = ?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    3,6 mm

  3. Ich erkläre die Aggregatzustände im Teilchenmodell.

    30
    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.
    −20020406080100014t in minϑ in °C
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    4 min

  4. Ich lese und deute Temperatur-Zeit-Diagramme.

    31
    Butter wird in der warmen Pfanne bei 40 °C flüssig. Was geschieht dabei mit ihren Teilchen? Erkläre im Teilchenmodell.
    festflüssiggasförmigSchmelzen: Teilchen?Butter, 40 °C
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Sie verlassen ihre festen Plätze und bleiben gleich groß.

  5. Ich berechne Wärmemengen.

    32
    5 kg Wasser werden um 25 K erwärmt (c = 4,2 kJ/(kg·K)). Wie viel Wärme ist dafür nötig? Berechne mit Einheit.
    m = 5 kgQ = ?ΔT = 25 K
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    525 kJ

  6. Ich unterscheide Wärmeleitung, Strömung und Strahlung.

    33
    Du hältst einen Eiswürfel mit −5 °C in der Hand. Erkläre: Wie kommt die Energie von der Hand ins Eis?
    Hand?Eis−5 °CWie kommt die Energie hinüber?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    durch Leitung, von Teilchen zu Teilchen

  7. Ich beurteile Dämmung und Energiesparen.

    34
    Eine gedämmte Wand hat 40 m² und den U-Wert 0,25 W/(m²·K). Drinnen sind 21 °C, draußen −10 °C. Wie viel Wärme fließt je Sekunde hindurch? Berechne mit Einheit.
    drinnen21 °CU = 0,25A = 40 m²draußen−10 °CP = ?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    310 W

  8. Ich übe gemischte Aufgaben.

    35
    Ein Eiswürfel mit −3 °C schwimmt in Limonade mit 15 °C. Was geschieht?
    Eis−3 °CLimonade15 °CIn welche Richtung fließt Energie?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Energie fließt von der Limonade zum Eis.

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

Lösungen

  1. Energie fließt vom Joghurt zum Kühlakku.
  2. Energie fließt von der Hand ins Metall.
  3. Beide haben 19 °C, das Metall leitet die Wärme der Hand schneller weg.
  4. 0,45 mm
  5. 3 mm
  6. 18 cm
  7. 3 min
  8. 5 min
  9. 120 kJ
  10. Sie rücken auf feste Plätze und schwingen nur noch dort.
  11. Sie lösen sich voneinander und fliegen einzeln umher.
  12. Die Energie löst die Teilchen, sie werden nicht schneller.
  13. 504 kJ
  14. 840 kJ
  15. 193,2 kJ
  16. durch Strahlung, auch durch leeren Raum
  17. durch Leitung, von Teilchen zu Teilchen
  18. Vakuum und Spiegel bremsen jeden Weg der Wärme.
  19. 230 W
  20. 216 W
  21. 2400 W
  22. Energie fließt von der Limonade zum Eis.
  23. 189 kJ
  24. 3,6 mm
  25. 1000,85 mm
  26. Sie rücken auf feste Plätze und schwingen nur noch dort.
  27. 63 kJ
  28. Energie fließt von der Milch in die kalte Luft.
  29. 3,6 mm
  30. 4 min
  31. Sie verlassen ihre festen Plätze und bleiben gleich groß.
  32. 525 kJ
  33. durch Leitung, von Teilchen zu Teilchen
  34. 310 W
  35. Energie fließt von der Limonade zum Eis.