Zum Inhalt springen
Anmelden

Physik · Klasse 7 und 8 · Kapitel

Andere ZahlenBasiswissenAlle Kapitel

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?

Deine Hand hat 32 °C. Du fasst ein Metallgeländer mit −5 °C an. Was geschieht?
Metall−5 °CHand32 °CIn welche Richtung fließt Energie?
Schritt für Schritt
  1. Vergleiche die Temperaturen: Welcher Körper ist wärmer?
  2. Hand hat 32 °C, Metall hat −5 °C.
  3. Also: Energie fließt von der Hand ins Metall.
  1. Vergleiche die Temperaturen: Welcher Körper ist wärmer?
  2. Hand hat 32 °C, Metall hat −5 °C.
  3. Also: Energie fließt von der Hand ins Metall.
Ergebnis:
Energie fließt von der Hand ins Metall.

ÜbenJetzt du

  1. ○1
    Eine Milchflasche mit 22 °C kommt in einen Kühlschrank mit 4 °C. Was geschieht?
    Kühlschrank4 °CMilch22 °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. Milch hat 22 °C, Kühlschrank hat 4 °C.
    3. Also: Energie fließt von der Milch in die kalte Luft.
    Ergebnis:
    Energie fließt von der Milch in die kalte Luft.
  2. ●2
    Deine Hand hat 33 °C. Du fasst ein Metallgeländer mit 2 °C an. Was geschieht?
    Metall2 °CHand33 °CIn welche Richtung fließt Energie?
    Lösung zeigen
    1. Vergleiche die Temperaturen: Welcher Körper ist wärmer?
    2. Hand hat 33 °C, Metall hat 2 °C.
    3. Also: Energie fließt von der Hand ins Metall.
    Ergebnis:
    Energie fließt von der Hand ins Metall.
  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 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 = ?
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 · 10 K = 3,6 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 · 10 K = 3,6 mm
Ergebnis:
3,6 mm

ÜbenJetzt du

  1. ○4
    Ein Stahlträger ist 20 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 = 20 m40 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) · 20 m = 0,24 mm/K
    3. Δl = 0,24 mm/K · 40 K = 9,6 mm
    Ergebnis:
    9,6 mm
  2. ●5
    Ein Stahlträger ist 5 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 = 5 m25 K wärmerΔl = ?
    Lösung zeigen
    1. Δl = α · l₀ · ΔT
    2. α · l₀ = 0,012 mm/(m·K) · 5 m = 0,06 mm/K
    3. Δl = 0,06 mm/K · 25 K = 1,5 mm
    Ergebnis:
    1,5 mm
  3. ★6
    Eine Betonbrücke ist 0,4 km lang. Im Winter hat sie −15 °C, im Sommer 25 °C (α = 0,012 mm/(m·K)). Um wie viele Zentimeter ändert sich ihre Länge? Berechne mit Einheit.
    Winter: −15 °Cl₀ = 0,4 kmSommer: 25 °CΔl = ?
    Lösung zeigen
    1. Δl = α · l₀ · ΔT
    2. 0,4 km = 400 m, ΔT = 25 + 15 = 40 K
    3. Δl = 0,012 mm/(m·K) · 400 m · 40 K = 192 mm
    4. 192 mm = 19,2 cm
    Ergebnis:
    19,2 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 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.
−20020406080100010t 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 8 min.
  3. Dauer = 8 min − 5 min = 3 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 8 min.
  3. Dauer = 8 min − 5 min = 3 min
Ergebnis:
3 min

ÜbenJetzt du

  1. ○7
    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 1 min und endet bei 5 min.
    3. Dauer = 5 min − 1 min = 4 min
    Ergebnis:
    4 min
  2. ●8
    Schnee wird gleichmäßig erwärmt. Das Diagramm zeigt die Temperatur, ein Kästchen ist eine Minute. Wie viele Minuten dauert das Schmelzen? Berechne mit Einheit.
    −20020406080100015t 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 8 min.
    3. Dauer = 8 min − 3 min = 5 min
    Ergebnis:
    5 min
  3. ★9
    Ein Eiswürfel wird mit einer Heizplatte erwärmt, die gleichmäßig 150 W abgibt. Wie viel Energie in kJ nimmt es beim Schmelzen auf? Lies die Zeit im Diagramm ab.
    −20020406080100013t in minϑ in °CP = 150 W, E = ?
    Lösung zeigen
    1. Geschmolzen wird im waagerechten Stück bei 0 °C.
    2. Es dauert von 1 min bis 7 min, also 6 min = 360 s.
    3. E = P · t = 150 W · 360 s = 54.000 J = 54 kJ
    Ergebnis:
    54 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

Eine Pfütze mit 15 °C trocknet in der Sonne. Was geschieht dabei mit ihren Wasserteilchen? Erkläre im Teilchenmodell.
festflüssiggasförmigVerdampfen: Teilchen?Wasser, 15 °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 lösen sich voneinander und fliegen einzeln umher.
  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.

ÜbenJetzt du

  1. ○10
    Butter wird in der warmen Pfanne bei 40 °C flüssig. Was geschieht dabei mit ihren Teilchen? Erkläre im Teilchenmodell.
    festflüssiggasförmigSchmelzen: Teilchen?Butter, 40 °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
    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.
  3. ★12
    Ein Eiswürfel mit 0 °C liegt im Zimmer mit 22 °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 50 K erwärmt (c = 4,2 kJ/(kg·K)). Wie viel Wärme ist dafür nötig? Berechne mit Einheit.
m = 2 kgQ = ?ΔT = 50 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 · 50 K = 420 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 · 50 K = 420 kJ
Ergebnis:
420 kJ

ÜbenJetzt du

  1. ○13
    4 kg Wasser werden um 60 K erwärmt (c = 4,2 kJ/(kg·K)). Wie viel Wärme ist dafür nötig? Berechne mit Einheit.
    m = 4 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) · 4 kg = 16,8 kJ/K
    3. Q = 16,8 kJ/K · 60 K = 1008 kJ
    Ergebnis:
    1008 kJ
  2. ●14
    2 kg Wasser werden um 60 K erwärmt (c = 4,2 kJ/(kg·K)). Wie viel Wärme ist dafür nötig? Berechne mit Einheit.
    m = 2 kgQ = ?ΔT = 60 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 · 60 K = 504 kJ
    Ergebnis:
    504 kJ
  3. ★15
    2 kg Wasser werden von 20 °C auf 60 °C erwärmt (c = 4200 J/(kg·K)). Wie viel Wärme in kJ ist nötig? Berechne mit Einheit.
    m = 2 kgQ = ?vorher: 20 °Cnachher: 60 °C
    Lösung zeigen
    1. Q = c · m · ΔT
    2. ΔT = 60 °C − 20 °C = 40 K
    3. Q = 4200 J/(kg·K) · 2 kg · 40 K = 336.000 J
    4. 336.000 J = 336 kJ
    Ergebnis:
    336 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 60 °C erwärmt. Bald ist es oben genauso warm. Erkläre: Wie kommt die Energie nach oben?
unten60 °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
    Ein Heizkörper mit 55 °C steht unter dem Fenster. Bald ist auch die Luft an der anderen Wand warm. Erkläre: Wie kommt die Energie dorthin?
    Heizkörper55 °C?andere WandWie 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 Strömung, der warme Stoff wandert
    Ergebnis:
    durch Strömung, der warme Stoff wandert
  2. ●17
    Eine Wärmebildkamera filmt nachts ein Dach mit 5 °C aus 20 Meter Entfernung. Erkläre: Wie kommt die Energie vom Dach zur Kamera?
    Dach5 °C?KameraWie 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 4 °C leuchtet das alte Dach hell, das frisch gedämmte dunkel. Erkläre, was das zeigt.
    Haus20 °CDämmungNacht4 °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

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 m²draußen−5 °CP = ?
Schritt für Schritt
  1. P = U · A · ΔT
  2. ΔT = 21 °C − (−5 °C) = 26 K
  3. P = 1,2 W/(m²·K) · 20 m² · 26 K = 624 W
  1. P = U · A · ΔT
  2. ΔT = 21 °C − (−5 °C) = 26 K
  3. P = 1,2 W/(m²·K) · 20 m² · 26 K = 624 W
Ergebnis:
624 W

ÜbenJetzt du

  1. ○19
    Ein altes Fenster hat 4 m² und den U-Wert 3 W/(m²·K). Drinnen sind 20 °C, draußen −2 °C. Wie viel Wärme fließt je Sekunde hindurch? Berechne mit Einheit.
    drinnen20 °CU = 3A = 4 m²draußen−2 °CP = ?
    So fängst du an:
    P = U · A · ΔT
    Lösung zeigen
    1. P = U · A · ΔT
    2. ΔT = 20 °C − (−2 °C) = 22 K
    3. P = 3 W/(m²·K) · 4 m² · 22 K = 264 W
    Ergebnis:
    264 W
  2. ●20
    Ein neues Fenster hat 1 m² und den U-Wert 1 W/(m²·K). Drinnen sind 21 °C, draußen −5 °C. Wie viel Wärme fließt je Sekunde hindurch? Berechne mit Einheit.
    drinnen21 °CU = 1A = 1 m²draußen−5 °CP = ?
    Lösung zeigen
    1. P = U · A · ΔT
    2. ΔT = 21 °C − (−5 °C) = 26 K
    3. P = 1 W/(m²·K) · 1 m² · 26 K = 26 W
    Ergebnis:
    26 W
  3. ★21
    Ein Fenster mit 5 m² wird gedämmt. Der U-Wert sinkt von 5 auf 0,8 W/(m²·K). Drinnen sind 21 °C, draußen −2 °C. Wie viel Wärme je Sekunde wird gespart?
    drinnen21 °CU₁ = 5U₂ = 0,8A = 5 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 = 4,2 W/(m²·K)
    3. ΔP = 4,2 W/(m²·K) · 5 m² · 23 K = 483 W
    Ergebnis:
    483 W

Vermischte Übungen

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

Üben

  1. ●22
    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?
    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. ●23
    Ein Becher mit 0,5 kg Wasser braucht 126 kJ, um von 20 °C auf 80 °C zu kommen. Wie viel Wärme braucht ein Topf mit 4 kg Wasser dafür?
    0,5 kg126 kJ4 kgQ = ?beide von 20 °C auf 80 °C
    Lösung zeigen
    1. Gleiche Erwärmung: Die Wärme wächst mit der Masse.
    2. 4 kg : 0,5 kg = 8
    3. Q = 8 · 126 kJ = 1008 kJ
    Ergebnis:
    1008 kJ
  3. ●24
    Ein Kupferrohr ist 2 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 = 2 m20 K wärmerΔl = ?
    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 · 20 K = 0,68 mm
    Ergebnis:
    0,68 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 80 °C lang? Berechne mit Einheit.
    vorher: 15 °Cl₀ = 3 m bei 15 °Cnachher: 80 °C, l = ?Δl
    Lösung zeigen
    1. l = l₀ + Δl
    2. Δl = 0,012 mm/(m·K) · 3 m · 65 K = 2,34 mm
    3. l₀ = 3 m = 3000 mm
    4. l = 3000 mm + 2,34 mm = 3002,34 mm
    Ergebnis:
    3002,34 mm
  5. ●26
    1 kg Wasser werden um 25 K erwärmt (c = 4,2 kJ/(kg·K)). Wie viel Wärme ist dafür nötig? Berechne mit Einheit.
    m = 1 kgQ = ?ΔT = 25 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 · 25 K = 105 kJ
    Ergebnis:
    105 kJ
  6. ●27
    Eine Aluminiumplatte mit 4 kg wird um 40 K erwärmt. Wie viel Wärme ist dafür nötig? Tabelle: Wasser 4,2 kJ/(kg·K), Aluminium 0,9 kJ/(kg·K). Berechne mit Einheit.
    Aluminium 4 kgQ = ?ΔT = 40 K
    Lösung zeigen
    1. Q = c · m · ΔT mit c von Aluminium
    2. c · m = 0,9 kJ/(kg·K) · 4 kg = 3,6 kJ/K
    3. Q = 3,6 kJ/K · 40 K = 144 kJ
    Ergebnis:
    144 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 32 °C. Du fasst ein Metallgeländer mit 2 °C an. Was geschieht?
    Metall2 °CHand32 °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 5 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 = 5 m30 K wärmerΔl = ?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    3,6 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.
    −20020406080100010t in minϑ in °C
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    4 min

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

    31
    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
    Ergebnis:
    Sie lösen sich voneinander und fliegen einzeln umher.

  5. Ich berechne Wärmemengen.

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

  6. Ich unterscheide Wärmeleitung, Strömung und Strahlung.

    33
    Wasser im Topf wird von unten auf 40 °C erwärmt. Bald ist es oben genauso warm. Erkläre: Wie kommt die Energie nach oben?
    unten40 °C?obenWie kommt die Energie hinüber?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    durch Strömung, der warme Stoff wandert

  7. Ich beurteile Dämmung und Energiesparen.

    34
    Ein gedämmtes Dach hat 80 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 = 80 m²draußen5 °CP = ?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    272 W

  8. Ich übe gemischte Aufgaben.

    35
    Deine Hand hat 33 °C. Du fasst ein Metallgeländer mit −5 °C an. Was geschieht?
    Metall−5 °CHand33 °CIn welche Richtung fließt Energie?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Energie fließt von der Hand ins Metall.

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 Milch in die kalte Luft.
  2. Energie fließt von der Hand ins Metall.
  3. die Badewanne
  4. 9,6 mm
  5. 1,5 mm
  6. 19,2 cm
  7. 4 min
  8. 5 min
  9. 54 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. 1008 kJ
  14. 504 kJ
  15. 336 kJ
  16. durch Strömung, der warme Stoff wandert
  17. durch Strahlung, auch durch leeren Raum
  18. Durch das gedämmte Dach geht viel weniger Energie hinaus.
  19. 264 W
  20. 26 W
  21. 483 W
  22. Energie fließt vom Joghurt zum Kühlakku.
  23. 1008 kJ
  24. 0,68 mm
  25. 3002,34 mm
  26. 105 kJ
  27. 144 kJ
  28. Energie fließt von der Hand ins Metall.
  29. 3,6 mm
  30. 4 min
  31. Sie lösen sich voneinander und fliegen einzeln umher.
  32. 420 kJ
  33. durch Strömung, der warme Stoff wandert
  34. 272 W
  35. Energie fließt von der Hand ins Metall.