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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?

Ein Eiswürfel mit −5 °C schwimmt in Limonade mit 24 °C. Was geschieht?
Eis−5 °CLimonade24 °CIn welche Richtung fließt Energie?
Schritt für Schritt
  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.
  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.

ÜbenJetzt du

  1. ○1
    Deine Hand hat 33 °C. Du fasst ein Metallgeländer mit −5 °C an. Was geschieht?
    Metall−5 °CHand33 °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. Hand hat 33 °C, Metall hat −5 °C.
    3. Also: Energie fließt von der Hand ins Metall.
    Ergebnis:
    Energie fließt von der Hand ins Metall.
  2. ●2
    Ein Eiswürfel mit −3 °C schwimmt in Limonade mit 15 °C. Was geschieht?
    Eis−3 °CLimonade15 °CIn welche Richtung fließt Energie?
    Lösung zeigen
    1. Vergleiche die Temperaturen: Welcher Körper ist wärmer?
    2. Limonade hat 15 °C, Eis hat −3 °C.
    3. Also: Energie fließt von der Limonade zum Eis.
    Ergebnis:
    Energie fließt von der Limonade zum Eis.
  3. ★3
    Eine Metallschere und ein Holzlineal sind seit Stunden in einem Raum mit 22 °C. Das Metall fühlt sich kälter an. Was stimmt?
    Metall22 °CHolz22 °CIn welche Richtung fließt Energie?
    Lösung zeigen
    1. Was lange im selben Raum liegt, nimmt die Temperatur des Raums an.
    2. Also haben beide 22 °C.
    3. Deine Hand ist wärmer. Das Metall leitet ihre Wärme schneller weg, deshalb fühlt es sich kalt an.
    Ergebnis:
    Beide haben 22 °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

Eine Stahlschiene ist 30 m lang und wird um 60 K wärmer (α = 0,012 mm/(m·K)). Um wie viele Millimeter wird sie länger? Berechne mit Einheit.
vorherl₀ = 30 m60 K wärmerΔl = ?
Schritt für Schritt
  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 · 60 K = 21,6 mm
  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 · 60 K = 21,6 mm
Ergebnis:
21,6 mm

ÜbenJetzt du

  1. ○4
    Ein Kupferrohr ist 10 m lang und wird um 60 K wärmer (α = 0,017 mm/(m·K)). Um wie viele Millimeter wird es länger? Berechne mit Einheit.
    vorherl₀ = 10 m60 K wärmerΔl = ?
    So fängst du an:
    Δl = α · l₀ · ΔT
    Lösung zeigen
    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 · 60 K = 10,2 mm
    Ergebnis:
    10,2 mm
  2. ●5
    Ein Stahlträger ist 12 m lang und wird um 20 K wärmer (α = 0,012 mm/(m·K)). Um wie viele Millimeter wird er länger? Berechne mit Einheit.
    vorherl₀ = 12 m20 K wärmerΔl = ?
    Lösung zeigen
    1. Δl = α · l₀ · ΔT
    2. α · l₀ = 0,012 mm/(m·K) · 12 m = 0,144 mm/K
    3. Δl = 0,144 mm/K · 20 K = 2,88 mm
    Ergebnis:
    2,88 mm
  3. ★6
    Eine Betonbrücke ist 0,25 km lang. Im Winter hat sie −5 °C, im Sommer 40 °C (α = 0,012 mm/(m·K)). Um wie viele Zentimeter ändert sich ihre Länge? Berechne mit Einheit.
    Winter: −5 °Cl₀ = 0,25 kmSommer: 40 °CΔl = ?
    Lösung zeigen
    1. Δl = α · l₀ · ΔT
    2. 0,25 km = 250 m, ΔT = 40 + 5 = 45 K
    3. Δl = 0,012 mm/(m·K) · 250 m · 45 K = 135 mm
    4. 135 mm = 13,5 cm
    Ergebnis:
    13,5 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

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.
−20020406080100012t 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

ÜbenJetzt du

  1. ○7
    Ein Stück Gletschereis 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.
    −20020406080100012t 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 7 min und erreicht 100 °C bei 10 min.
    3. Dauer = 10 min − 7 min = 3 min
    Ergebnis:
    3 min
  2. ●8
    Ein Eiswürfel wird gleichmäßig erwärmt. Das Diagramm zeigt die Temperatur, ein Kästchen ist eine Minute. Wie viele Minuten dauert das Schmelzen? Berechne mit Einheit.
    −20020406080100013t 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 7 min.
    3. Dauer = 7 min − 1 min = 6 min
    Ergebnis:
    6 min
  3. ★9
    Ein Eiswürfel 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.
    −20020406080100011t in minϑ in °CP = 500 W, E = ?
    Lösung zeigen
    1. Geschmolzen wird im waagerechten Stück bei 0 °C.
    2. Es dauert von 2 min bis 6 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

Ein Eiswürfel liegt in einem Zimmer mit 22 °C und schmilzt. Was geschieht dabei mit seinen Teilchen? Erkläre im Teilchenmodell.
festflüssiggasförmigSchmelzen: Teilchen?Eis, 22 °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
    Wasser mit 5 °C kommt ins Gefrierfach und wird zu Eis. Was geschieht dabei mit seinen Teilchen? Erkläre im Teilchenmodell.
    festflüssiggasförmigErstarren: Teilchen?Wasser, 5 °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
    Schokolade schmilzt bei 34 °C in der warmen Hand. Was geschieht dabei mit ihren Teilchen? Erkläre im Teilchenmodell.
    festflüssiggasförmigSchmelzen: Teilchen?Schokolade, 34 °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 verlassen ihre festen Plätze und bleiben gleich groß.
    Ergebnis:
    Sie verlassen ihre festen Plätze und bleiben gleich groß.
  3. ★12
    Wasser siedet im Topf bei 100 °C, die Platte gibt weiter 1200 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

4 kg Wasser werden um 20 K erwärmt (c = 4,2 kJ/(kg·K)). Wie viel Wärme ist dafür nötig? Berechne mit Einheit.
m = 4 kgQ = ?ΔT = 20 K
Schritt für Schritt
  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 · 20 K = 336 kJ
  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 · 20 K = 336 kJ
Ergebnis:
336 kJ

ÜbenJetzt du

  1. ○13
    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
    So fängst du an:
    Q = c · m · ΔT
    Lösung zeigen
    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
  2. ●14
    1 kg Wasser werden um 10 K erwärmt (c = 4,2 kJ/(kg·K)). Wie viel Wärme ist dafür nötig? Berechne mit Einheit.
    m = 1 kgQ = ?ΔT = 10 K
    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 · 10 K = 42 kJ
    Ergebnis:
    42 kJ
  3. ★15
    2 kg Wasser werden von 22 °C auf 90 °C erwärmt (c = 4200 J/(kg·K)). Wie viel Wärme in kJ ist nötig? Berechne mit Einheit.
    m = 2 kgQ = ?vorher: 22 °Cnachher: 90 °C
    Lösung zeigen
    1. Q = c · m · ΔT
    2. ΔT = 90 °C − 22 °C = 68 K
    3. Q = 4200 J/(kg·K) · 2 kg · 68 K = 571.200 J
    4. 571.200 J = 571,2 kJ
    Ergebnis:
    571,2 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

Eine Wärmebildkamera filmt nachts ein Dach mit −2 °C aus 20 Meter Entfernung. Erkläre: Wie kommt die Energie vom Dach zur Kamera?
Dach−2 °C?KameraWie 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

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
    Ein Heizstrahler mit 500 °C hängt über einer Terrasse. Die Gäste spüren ihn, obwohl die Luft kalt ist. Erkläre: Wie kommt die Energie zu ihnen?
    Heizstrahler500 °C?GästeWie 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 Strahlung, auch durch leeren Raum
    Ergebnis:
    durch Strahlung, auch durch leeren Raum
  3. ★18
    Auf einem Wärmebild bei −5 °C leuchtet das alte Dach hell, das frisch gedämmte dunkel. Erkläre, was das zeigt.
    Haus20 °CDämmungNacht−5 °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. Durch das gedämmte Dach geht viel weniger Energie hinaus.
    Ergebnis:
    Durch das gedämmte Dach geht viel weniger Energie hinaus.

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 4 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 = 4 m²draußen2 °CP = ?
Schritt für Schritt
  1. P = U · A · ΔT
  2. ΔT = 21 °C − 2 °C = 19 K
  3. P = 0,8 W/(m²·K) · 4 m² · 19 K = 60,8 W
  1. P = U · A · ΔT
  2. ΔT = 21 °C − 2 °C = 19 K
  3. P = 0,8 W/(m²·K) · 4 m² · 19 K = 60,8 W
Ergebnis:
60,8 W

ÜbenJetzt du

  1. ○19
    Eine ungedämmte Wand hat 20 m² und den U-Wert 1,2 W/(m²·K). Drinnen sind 20 °C, draußen −5 °C. Wie viel Wärme fließt je Sekunde hindurch? Berechne mit Einheit.
    drinnen20 °CU = 1,2A = 20 m²draußen−5 °CP = ?
    So fängst du an:
    P = U · A · ΔT
    Lösung zeigen
    1. P = U · A · ΔT
    2. ΔT = 20 °C − (−5 °C) = 25 K
    3. P = 1,2 W/(m²·K) · 20 m² · 25 K = 600 W
    Ergebnis:
    600 W
  2. ●20
    Eine ungedämmte Wand hat 20 m² und den U-Wert 1,2 W/(m²·K). Drinnen sind 21 °C, draußen 5 °C. Wie viel Wärme fließt je Sekunde hindurch? Berechne mit Einheit.
    drinnen21 °CU = 1,2A = 20 m²draußen5 °CP = ?
    Lösung zeigen
    1. P = U · A · ΔT
    2. ΔT = 21 °C − 5 °C = 16 K
    3. P = 1,2 W/(m²·K) · 20 m² · 16 K = 384 W
    Ergebnis:
    384 W
  3. ★21
    Ein Fenster mit 2 m² wird gedämmt. Der U-Wert sinkt von 5 auf 0,8 W/(m²·K). Drinnen sind 21 °C, draußen 5 °C. Wie viel Wärme je Sekunde wird gespart?
    drinnen21 °CU₁ = 5U₂ = 0,8A = 2 m²draußen5 °Cgespart: ΔP = ?
    Lösung zeigen
    1. Gespart wird der Unterschied der U-Werte: ΔP = (U₁ − U₂) · A · ΔT
    2. ΔT = 21 °C − 5 °C = 16 K, U₁ − U₂ = 4,2 W/(m²·K)
    3. ΔP = 4,2 W/(m²·K) · 2 m² · 16 K = 134,4 W
    Ergebnis:
    134,4 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 20 °C. Was geschieht?
    Eis−5 °CLimonade20 °CIn welche Richtung fließt Energie?
    Lösung zeigen
    1. Vergleiche die Temperaturen: Welcher Körper ist wärmer?
    2. Limonade hat 20 °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 0,2 kg Wasser braucht 16,8 kJ, um von 20 °C auf 40 °C zu kommen. Wie viel Wärme braucht ein Topf mit 1 kg Wasser dafür?
    0,2 kg16,8 kJ1 kgQ = ?beide von 20 °C auf 40 °C
    Lösung zeigen
    1. Gleiche Erwärmung: Die Wärme wächst mit der Masse.
    2. 1 kg : 0,2 kg = 5
    3. Q = 5 · 16,8 kJ = 84 kJ
    Ergebnis:
    84 kJ
  3. ●24
    Eine Betonplatte ist 8 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 = 8 m20 K wärmerΔl = ?
    Lösung zeigen
    1. Δl = α · l₀ · ΔT
    2. α · l₀ = 0,012 mm/(m·K) · 8 m = 0,096 mm/K
    3. Δl = 0,096 mm/K · 20 K = 1,92 mm
    Ergebnis:
    1,92 mm
  4. ●25
    Ein Stahlrohr ist bei 15 °C genau 3 m lang (α = 0,012 mm/(m·K)). Wie viele Millimeter ist es bei 60 °C lang? Berechne mit Einheit.
    vorher: 15 °Cl₀ = 3 m bei 15 °Cnachher: 60 °C, l = ?Δl
    Lösung zeigen
    1. l = l₀ + Δl
    2. Δl = 0,012 mm/(m·K) · 3 m · 45 K = 1,62 mm
    3. l₀ = 3 m = 3000 mm
    4. l = 3000 mm + 1,62 mm = 3001,62 mm
    Ergebnis:
    3001,62 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
    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
    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

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
    Deine Hand hat 34 °C. Du fasst ein Metallgeländer mit −5 °C an. Was geschieht?
    Metall−5 °CHand34 °CIn welche Richtung fließt Energie?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Energie fließt von der Hand ins Metall.

  2. Ich beschreibe die Ausdehnung von Stoffen bei Erwärmung.

    29
    Eine Aluminiumleiter ist 3 m lang und wird um 30 K wärmer (α = 0,024 mm/(m·K)). Um wie viele Millimeter wird sie länger? Berechne mit Einheit.
    vorherl₀ = 3 m30 K wärmerΔl = ?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    2,16 mm

  3. Ich erkläre die Aggregatzustände im Teilchenmodell.

    30
    Ein Eiswürfel wird gleichmäßig erwärmt. Das Diagramm zeigt die Temperatur, ein Kästchen ist eine Minute. Wie viele Minuten dauert das Schmelzen? Berechne mit Einheit.
    −20020406080100012t in minϑ in °C
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    3 min

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

    31
    Schokolade schmilzt bei 34 °C in der warmen Hand. Was geschieht dabei mit ihren Teilchen? Erkläre im Teilchenmodell.
    festflüssiggasförmigSchmelzen: Teilchen?Schokolade, 34 °C
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Sie verlassen ihre festen Plätze und bleiben gleich groß.

  5. Ich berechne Wärmemengen.

    32
    1 kg Wasser werden um 40 K erwärmt (c = 4,2 kJ/(kg·K)). Wie viel Wärme ist dafür nötig? Berechne mit Einheit.
    m = 1 kgQ = ?ΔT = 40 K
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    168 kJ

  6. Ich unterscheide Wärmeleitung, Strömung und Strahlung.

    33
    Eine Pfanne steht auf einer Herdplatte mit 200 °C. Erkläre: Wie kommt die Energie in den Boden der Pfanne?
    Herdplatte200 °C?PfanneWie kommt die Energie hinüber?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    durch Leitung, von Teilchen zu Teilchen

  7. Ich beurteile Dämmung und Energiesparen.

    34
    Eine ungedämmte Wand hat 10 m² und den U-Wert 1,5 W/(m²·K). Drinnen sind 20 °C, draußen −2 °C. Wie viel Wärme fließt je Sekunde hindurch? Berechne mit Einheit.
    drinnen20 °CU = 1,5A = 10 m²draußen−2 °CP = ?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    330 W

  8. Ich übe gemischte Aufgaben.

    35
    Eine Tasse Tee mit 80 °C steht in einem Zimmer mit 20 °C. Was geschieht?
    Luft20 °CTee80 °CIn welche Richtung fließt Energie?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Energie fließt vom Tee in die Luft.

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 von der Hand ins Metall.
  2. Energie fließt von der Limonade zum Eis.
  3. Beide haben 22 °C, das Metall leitet die Wärme der Hand schneller weg.
  4. 10,2 mm
  5. 2,88 mm
  6. 13,5 cm
  7. 3 min
  8. 6 min
  9. 120 kJ
  10. Sie rücken auf feste Plätze und schwingen nur noch dort.
  11. Sie verlassen ihre festen Plätze und bleiben gleich groß.
  12. Die Energie löst die Teilchen, sie werden nicht schneller.
  13. 378 kJ
  14. 42 kJ
  15. 571,2 kJ
  16. durch Strahlung, auch durch leeren Raum
  17. durch Strahlung, auch durch leeren Raum
  18. Durch das gedämmte Dach geht viel weniger Energie hinaus.
  19. 600 W
  20. 384 W
  21. 134,4 W
  22. Energie fließt von der Limonade zum Eis.
  23. 84 kJ
  24. 1,92 mm
  25. 3001,62 mm
  26. Sie rücken auf feste Plätze und schwingen nur noch dort.
  27. 504 kJ
  28. Energie fließt von der Hand ins Metall.
  29. 2,16 mm
  30. 3 min
  31. Sie verlassen ihre festen Plätze und bleiben gleich groß.
  32. 168 kJ
  33. durch Leitung, von Teilchen zu Teilchen
  34. 330 W
  35. Energie fließt vom Tee in die Luft.