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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 20 °C. Was geschieht?
Kühlakku−18 °CJoghurt20 °CIn welche Richtung fließt Energie?
Schritt für Schritt
  1. Vergleiche die Temperaturen: Welcher Körper ist wärmer?
  2. Joghurt hat 20 °C, Kühlakku hat −18 °C.
  3. Also: Energie fließt vom Joghurt zum Kühlakku.
  1. Vergleiche die Temperaturen: Welcher Körper ist wärmer?
  2. Joghurt hat 20 °C, Kühlakku hat −18 °C.
  3. Also: Energie fließt vom Joghurt zum Kühlakku.
Ergebnis:
Energie fließt vom Joghurt zum Kühlakku.

ÜbenJetzt du

  1. ○1
    Deine Hand hat 34 °C. Du fasst ein Metallgeländer mit −2 °C an. Was geschieht?
    Metall−2 °CHand34 °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 34 °C, Metall hat −2 °C.
    3. Also: Energie fließt von der Hand ins Metall.
    Ergebnis:
    Energie fließt von der Hand ins Metall.
  2. ●2
    In der Brotdose liegt ein Kühlakku mit −18 °C neben einem Joghurt mit 22 °C. Was geschieht?
    Kühlakku−18 °CJoghurt22 °CIn welche Richtung fließt Energie?
    Lösung zeigen
    1. Vergleiche die Temperaturen: Welcher Körper ist wärmer?
    2. Joghurt hat 22 °C, Kühlakku hat −18 °C.
    3. Also: Energie fließt vom Joghurt zum Kühlakku.
    Ergebnis:
    Energie fließt vom Joghurt zum Kühlakku.
  3. ★3
    Eine Badewanne mit 120 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 °C120 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 120 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

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 Betonplatte ist 8 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 = 8 m25 K wärmerΔl = ?
Schritt für Schritt
  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 · 25 K = 2,4 mm
  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 · 25 K = 2,4 mm
Ergebnis:
2,4 mm

ÜbenJetzt du

  1. ○4
    Ein Kupferrohr ist 2 m lang und wird um 50 K wärmer (α = 0,017 mm/(m·K)). Um wie viele Millimeter wird es länger? Berechne mit Einheit.
    vorherl₀ = 2 m50 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) · 2 m = 0,034 mm/K
    3. Δl = 0,034 mm/K · 50 K = 1,7 mm
    Ergebnis:
    1,7 mm
  2. ●5
    Eine Betonplatte ist 20 m lang und wird um 50 K wärmer (α = 0,012 mm/(m·K)). Um wie viele Millimeter wird sie länger? Berechne mit Einheit.
    vorherl₀ = 20 m50 K wärmerΔl = ?
    Lösung zeigen
    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 · 50 K = 12 mm
    Ergebnis:
    12 mm
  3. ★6
    Eine Betonbrücke ist 0,25 km lang. Im Winter hat sie −5 °C, im Sommer 30 °C (α = 0,012 mm/(m·K)). Um wie viele Zentimeter ändert sich ihre Länge? Berechne mit Einheit.
    Winter: −5 °Cl₀ = 0,25 kmSommer: 30 °CΔl = ?
    Lösung zeigen
    1. Δl = α · l₀ · ΔT
    2. 0,25 km = 250 m, ΔT = 30 + 5 = 35 K
    3. Δl = 0,012 mm/(m·K) · 250 m · 35 K = 105 mm
    4. 105 mm = 10,5 cm
    Ergebnis:
    10,5 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.
−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

ÜbenJetzt du

  1. ○7
    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
    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 1 min und endet bei 7 min.
    3. Dauer = 7 min − 1 min = 6 min
    Ergebnis:
    6 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.
    −20020406080100011t 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 3 min und endet bei 6 min.
    3. Dauer = 6 min − 3 min = 3 min
    Ergebnis:
    3 min
  3. ★9
    Eis wird mit einer Heizplatte erwärmt, die gleichmäßig 250 W abgibt. Wie viel Energie in kJ nimmt es beim Schmelzen auf? Lies die Zeit im Diagramm ab.
    −20020406080100015t in minϑ in °CP = 250 W, E = ?
    Lösung zeigen
    1. Geschmolzen wird im waagerechten Stück bei 0 °C.
    2. Es dauert von 2 min bis 7 min, also 5 min = 300 s.
    3. E = P · t = 250 W · 300 s = 75.000 J = 75 kJ
    Ergebnis:
    75 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

Im Bad mit 22 °C beschlägt der kalte Spiegel. Was geschieht dabei mit den Wasserteilchen aus der Luft? Erkläre im Teilchenmodell.
festflüssiggasförmigKondensieren: Teilchen?Wasserdampf, 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 kommen sich nahe und hängen als Tropfen zusammen.
  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 kommen sich nahe und hängen als Tropfen zusammen.
Ergebnis:
Sie kommen sich nahe und hängen als Tropfen zusammen.

ÜbenJetzt du

  1. ○10
    Ein Eiswürfel liegt in einem Zimmer mit 24 °C und schmilzt. Was geschieht dabei mit seinen Teilchen? Erkläre im Teilchenmodell.
    festflüssiggasförmigSchmelzen: Teilchen?Eis, 24 °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 verlassen ihre festen Plätze und bleiben gleich groß.
    Ergebnis:
    Sie verlassen ihre festen Plätze und bleiben gleich groß.
  2. ●11
    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
    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.
  3. ★12
    Ein Eiswürfel mit 0 °C liegt im Zimmer mit 19 °C. Bis er ganz geschmolzen ist, bleibt er bei 0 °C. Warum?
    −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

2 kg Wasser werden um 40 K erwärmt (c = 4,2 kJ/(kg·K)). Wie viel Wärme ist dafür nötig? Berechne mit Einheit.
m = 2 kgQ = ?ΔT = 40 K
Schritt für Schritt
  1. Q = c · m · ΔT
  2. c · m = 4,2 kJ/(kg·K) · 2 kg = 8,4 kJ/K
  3. Q = 8,4 kJ/K · 40 K = 336 kJ
  1. Q = c · m · ΔT
  2. c · m = 4,2 kJ/(kg·K) · 2 kg = 8,4 kJ/K
  3. Q = 8,4 kJ/K · 40 K = 336 kJ
Ergebnis:
336 kJ

ÜbenJetzt du

  1. ○13
    2,5 kg Wasser werden um 25 K erwärmt (c = 4,2 kJ/(kg·K)). Wie viel Wärme ist dafür nötig? Berechne mit Einheit.
    m = 2,5 kgQ = ?ΔT = 25 K
    So fängst du an:
    Q = c · m · ΔT
    Lösung zeigen
    1. Q = c · m · ΔT
    2. c · m = 4,2 kJ/(kg·K) · 2,5 kg = 10,5 kJ/K
    3. Q = 10,5 kJ/K · 25 K = 262,5 kJ
    Ergebnis:
    262,5 kJ
  2. ●14
    2 kg Wasser werden um 20 K erwärmt (c = 4,2 kJ/(kg·K)). Wie viel Wärme ist dafür nötig? Berechne mit Einheit.
    m = 2 kgQ = ?ΔT = 20 K
    Lösung zeigen
    1. Q = c · m · ΔT
    2. c · m = 4,2 kJ/(kg·K) · 2 kg = 8,4 kJ/K
    3. Q = 8,4 kJ/K · 20 K = 168 kJ
    Ergebnis:
    168 kJ
  3. ★15
    2 kg Wasser werden von 18 °C auf 50 °C erwärmt (c = 4200 J/(kg·K)). Wie viel Wärme in kJ ist nötig? Berechne mit Einheit.
    m = 2 kgQ = ?vorher: 18 °Cnachher: 50 °C
    Lösung zeigen
    1. Q = c · m · ΔT
    2. ΔT = 50 °C − 18 °C = 32 K
    3. Q = 4200 J/(kg·K) · 2 kg · 32 K = 268.800 J
    4. 268.800 J = 268,8 kJ
    Ergebnis:
    268,8 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

Ein Metalllöffel steht in Tee mit 90 °C. Bald ist auch sein Griff warm. Erkläre: Wie kommt die Energie zum Griff?
Tee90 °C?GriffWie 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 Leitung, von Teilchen zu Teilchen
  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

ÜbenJetzt du

  1. ○16
    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?
    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 Heizkörper mit 70 °C steht unter dem Fenster. Bald ist auch die Luft an der anderen Wand warm. Erkläre: Wie kommt die Energie dorthin?
    Heizkörper70 °C?andere WandWie 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 Strömung, der warme Stoff wandert
    Ergebnis:
    durch Strömung, der warme Stoff wandert
  3. ★18
    Draußen sind es −4 °C. Warum dämmt ein Fenster mit zwei Scheiben besser als eins mit einer?
    Zimmer20 °CScheibeLuftScheibedraußen−4 °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. Die Luft zwischen den Scheiben leitet die Wärme schlecht.
    Ergebnis:
    Die Luft zwischen den Scheiben leitet die Wärme schlecht.

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

Eine Haustür hat 2 m² und den U-Wert 2 W/(m²·K). Drinnen sind 21 °C, draußen −10 °C. Wie viel Wärme fließt je Sekunde hindurch? Berechne mit Einheit.
drinnen21 °CU = 2A = 2 m²draußen−10 °CP = ?
Schritt für Schritt
  1. P = U · A · ΔT
  2. ΔT = 21 °C − (−10 °C) = 31 K
  3. P = 2 W/(m²·K) · 2 m² · 31 K = 124 W
  1. P = U · A · ΔT
  2. ΔT = 21 °C − (−10 °C) = 31 K
  3. P = 2 W/(m²·K) · 2 m² · 31 K = 124 W
Ergebnis:
124 W

ÜbenJetzt du

  1. ○19
    Eine ungedämmte Wand hat 20 m² und den U-Wert 1,5 W/(m²·K). Drinnen sind 22 °C, draußen 5 °C. Wie viel Wärme fließt je Sekunde hindurch? Berechne mit Einheit.
    drinnen22 °CU = 1,5A = 20 m²draußen5 °CP = ?
    So fängst du an:
    P = U · A · ΔT
    Lösung zeigen
    1. P = U · A · ΔT
    2. ΔT = 22 °C − 5 °C = 17 K
    3. P = 1,5 W/(m²·K) · 20 m² · 17 K = 510 W
    Ergebnis:
    510 W
  2. ●20
    Ein altes Fenster hat 4 m² und den U-Wert 5 W/(m²·K). Drinnen sind 20 °C, draußen −10 °C. Wie viel Wärme fließt je Sekunde hindurch? Berechne mit Einheit.
    drinnen20 °CU = 5A = 4 m²draußen−10 °CP = ?
    Lösung zeigen
    1. P = U · A · ΔT
    2. ΔT = 20 °C − (−10 °C) = 30 K
    3. P = 5 W/(m²·K) · 4 m² · 30 K = 600 W
    Ergebnis:
    600 W
  3. ★21
    Ein Dach mit 100 m² wird gedämmt. Der U-Wert sinkt von 1 auf 0,2 W/(m²·K). Drinnen sind 21 °C, draußen −2 °C. Wie viel Wärme je Sekunde wird gespart?
    drinnen21 °CU₁ = 1U₂ = 0,2A = 100 m²draußen−2 °Cgespart: ΔP = ?
    Lösung zeigen
    1. Gespart wird der Unterschied der U-Werte: ΔP = (U₁ − U₂) · A · ΔT
    2. ΔT = 21 °C − (−2 °C) = 23 K, U₁ − U₂ = 0,8 W/(m²·K)
    3. ΔP = 0,8 W/(m²·K) · 100 m² · 23 K = 1840 W
    Ergebnis:
    1840 W

Vermischte Übungen

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

Üben

  1. ●22
    Ein Eiswürfel mit −3 °C schwimmt in Limonade mit 20 °C. Was geschieht?
    Eis−3 °CLimonade20 °CIn welche Richtung fließt Energie?
    Lösung zeigen
    1. Vergleiche die Temperaturen: Welcher Körper ist wärmer?
    2. Limonade hat 20 °C, Eis hat −3 °C.
    3. Also: Energie fließt von der Limonade zum Eis.
    Ergebnis:
    Energie fließt von der Limonade zum Eis.
  2. ●23
    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 2,5 kg Wasser dafür?
    0,25 kg52,5 kJ2,5 kgQ = ?beide von 20 °C auf 70 °C
    Lösung zeigen
    1. Gleiche Erwärmung: Die Wärme wächst mit der Masse.
    2. 2,5 kg : 0,25 kg = 10
    3. Q = 10 · 52,5 kJ = 525 kJ
    Ergebnis:
    525 kJ
  3. ●24
    Ein Stahlträger ist 20 m lang und wird um 60 K wärmer (α = 0,012 mm/(m·K)). Um wie viele Millimeter wird er länger? Berechne mit Einheit.
    vorherl₀ = 20 m60 K wärmerΔl = ?
    Lösung zeigen
    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 · 60 K = 14,4 mm
    Ergebnis:
    14,4 mm
  4. ●25
    Ein Kupferrohr ist bei 15 °C genau 2 m lang (α = 0,017 mm/(m·K)). Wie viele Millimeter ist es bei 80 °C lang? Berechne mit Einheit.
    vorher: 15 °Cl₀ = 2 m bei 15 °Cnachher: 80 °C, l = ?Δl
    Lösung zeigen
    1. l = l₀ + Δl
    2. Δl = 0,017 mm/(m·K) · 2 m · 65 K = 2,21 mm
    3. l₀ = 2 m = 2000 mm
    4. l = 2000 mm + 2,21 mm = 2002,21 mm
    Ergebnis:
    2002,21 mm
  5. ●26
    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
    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
    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

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 18 °C kommt in einen Kühlschrank mit 4 °C. Was geschieht?
    Kühlschrank4 °CMilch18 °CIn welche Richtung fließt Energie?
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    Ergebnis:
    Energie fließt von der Milch in die kalte Luft.

  2. Ich beschreibe die Ausdehnung von Stoffen bei Erwärmung.

    29
    Ein Kupferrohr ist 2 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 = 2 m40 K wärmerΔl = ?
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    Ergebnis:
    1,36 mm

  3. Ich erkläre die Aggregatzustände im Teilchenmodell.

    30
    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
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    Ergebnis:
    4 min

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

    31
    Schokolade schmilzt bei 32 °C in der warmen Hand. Was geschieht dabei mit ihren Teilchen? Erkläre im Teilchenmodell.
    festflüssiggasförmigSchmelzen: Teilchen?Schokolade, 32 °C
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    Ergebnis:
    Sie verlassen ihre festen Plätze und bleiben gleich groß.

  5. Ich berechne Wärmemengen.

    32
    1,5 kg Wasser werden um 20 K erwärmt (c = 4,2 kJ/(kg·K)). Wie viel Wärme ist dafür nötig? Berechne mit Einheit.
    m = 1,5 kgQ = ?ΔT = 20 K
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    Ergebnis:
    126 kJ

  6. Ich unterscheide Wärmeleitung, Strömung und Strahlung.

    33
    Eine Pfanne steht auf einer Herdplatte mit 180 °C. Erkläre: Wie kommt die Energie in den Boden der Pfanne?
    Herdplatte180 °C?PfanneWie kommt die Energie hinüber?
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    Ergebnis:
    durch Leitung, von Teilchen zu Teilchen

  7. Ich beurteile Dämmung und Energiesparen.

    34
    Ein altes Fenster hat 4 m² und den U-Wert 3 W/(m²·K). Drinnen sind 20 °C, draußen 5 °C. Wie viel Wärme fließt je Sekunde hindurch? Berechne mit Einheit.
    drinnen20 °CU = 3A = 4 m²draußen5 °CP = ?
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    Ergebnis:
    180 W

  8. Ich übe gemischte Aufgaben.

    35
    In der Brotdose liegt ein Kühlakku mit −18 °C neben einem Joghurt mit 20 °C. Was geschieht?
    Kühlakku−18 °CJoghurt20 °CIn welche Richtung fließt Energie?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Energie fließt vom Joghurt zum Kühlakku.

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 vom Joghurt zum Kühlakku.
  3. die Badewanne
  4. 1,7 mm
  5. 12 mm
  6. 10,5 cm
  7. 6 min
  8. 3 min
  9. 75 kJ
  10. Sie verlassen ihre festen Plätze und bleiben gleich groß.
  11. Sie rücken auf feste Plätze und schwingen nur noch dort.
  12. Die Energie löst die Teilchen, sie werden nicht schneller.
  13. 262,5 kJ
  14. 168 kJ
  15. 268,8 kJ
  16. durch Strahlung, auch durch leeren Raum
  17. durch Strömung, der warme Stoff wandert
  18. Die Luft zwischen den Scheiben leitet die Wärme schlecht.
  19. 510 W
  20. 600 W
  21. 1840 W
  22. Energie fließt von der Limonade zum Eis.
  23. 525 kJ
  24. 14,4 mm
  25. 2002,21 mm
  26. Sie rücken auf feste Plätze und schwingen nur noch dort.
  27. 252 kJ
  28. Energie fließt von der Milch in die kalte Luft.
  29. 1,36 mm
  30. 4 min
  31. Sie verlassen ihre festen Plätze und bleiben gleich groß.
  32. 126 kJ
  33. durch Leitung, von Teilchen zu Teilchen
  34. 180 W
  35. Energie fließt vom Joghurt zum Kühlakku.