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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?

Eine Milchflasche mit 18 °C kommt in einen Kühlschrank mit 5 °C. Was geschieht?
Kühlschrank5 °CMilch18 °CIn welche Richtung fließt Energie?
Schritt für Schritt
  1. Vergleiche die Temperaturen: Welcher Körper ist wärmer?
  2. Milch hat 18 °C, Kühlschrank hat 5 °C.
  3. Also: Energie fließt von der Milch in die kalte Luft.
  1. Vergleiche die Temperaturen: Welcher Körper ist wärmer?
  2. Milch hat 18 °C, Kühlschrank hat 5 °C.
  3. Also: Energie fließt von der Milch in die kalte Luft.
Ergebnis:
Energie fließt von der Milch in die kalte Luft.

ÜbenJetzt du

  1. ○1
    Deine Hand hat 33 °C. Du fasst ein Metallgeländer mit −8 °C an. Was geschieht?
    Metall−8 °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 −8 °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 −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.
  3. ★3
    Die Fliesen im Bad und der Teppich im Flur sind seit Stunden in einem Raum mit 21 °C. Das Metall fühlt sich kälter an. Was stimmt?
    Metall21 °CHolz21 °CIn welche Richtung fließt Energie?
    Lösung zeigen
    1. Was lange im selben Raum liegt, nimmt die Temperatur des Raums an.
    2. Also haben beide 21 °C.
    3. Deine Hand ist wärmer. Das Metall leitet ihre Wärme schneller weg, deshalb fühlt es sich kalt an.
    Ergebnis:
    Beide haben 21 °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 Glasscheibe ist 3 m lang und wird um 30 K wärmer (α = 0,009 mm/(m·K)). Um wie viele Millimeter wird sie länger? Berechne mit Einheit.
vorherl₀ = 3 m30 K wärmerΔl = ?
Schritt für Schritt
  1. Δl = α · l₀ · ΔT
  2. α · l₀ = 0,009 mm/(m·K) · 3 m = 0,027 mm/K
  3. Δl = 0,027 mm/K · 30 K = 0,81 mm
  1. Δl = α · l₀ · ΔT
  2. α · l₀ = 0,009 mm/(m·K) · 3 m = 0,027 mm/K
  3. Δl = 0,027 mm/K · 30 K = 0,81 mm
Ergebnis:
0,81 mm

ÜbenJetzt du

  1. ○4
    Eine Betonplatte ist 8 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 = 8 m50 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) · 8 m = 0,096 mm/K
    3. Δl = 0,096 mm/K · 50 K = 4,8 mm
    Ergebnis:
    4,8 mm
  2. ●5
    Eine Betonplatte ist 8 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 = 8 m30 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 · 30 K = 2,88 mm
    Ergebnis:
    2,88 mm
  3. ★6
    Eine Betonbrücke ist 0,2 km lang. Im Winter hat sie −5 °C, im Sommer 35 °C (α = 0,012 mm/(m·K)). Um wie viele Zentimeter ändert sich ihre Länge? Berechne mit Einheit.
    Winter: −5 °Cl₀ = 0,2 kmSommer: 35 °CΔl = ?
    Lösung zeigen
    1. Δl = α · l₀ · ΔT
    2. 0,2 km = 200 m, ΔT = 35 + 5 = 40 K
    3. Δl = 0,012 mm/(m·K) · 200 m · 40 K = 96 mm
    4. 96 mm = 9,6 cm
    Ergebnis:
    9,6 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.
−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 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
    Schnee 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
    So fängst du an:
    Beim Schmelzen bleibt die Temperatur gleich: Das ist das waagerechte Stück bei 0 °C.
    Lösung zeigen
    1. Beim Schmelzen bleibt die Temperatur gleich: Das ist das waagerechte Stück bei 0 °C.
    2. Es beginnt bei 2 min und endet bei 5 min.
    3. Dauer = 5 min − 2 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.
    −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 250 W abgibt. Wie viel Energie in kJ nimmt es beim Schmelzen auf? Lies die Zeit im Diagramm ab.
    −20020406080100014t in minϑ in °CP = 250 W, E = ?
    Lösung zeigen
    1. Geschmolzen wird im waagerechten Stück bei 0 °C.
    2. Es dauert von 3 min bis 8 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

Butter wird in der warmen Pfanne bei 35 °C flüssig. Was geschieht dabei mit ihren Teilchen? Erkläre im Teilchenmodell.
festflüssiggasförmigSchmelzen: Teilchen?Butter, 35 °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
    Schokolade schmilzt bei 32 °C in der warmen Hand. Was geschieht dabei mit ihren Teilchen? Erkläre im Teilchenmodell.
    festflüssiggasförmigSchmelzen: Teilchen?Schokolade, 32 °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
    Wasser siedet im Topf bei 100 °C, die Platte gibt weiter 600 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

2,5 kg Wasser werden um 10 K erwärmt (c = 4,2 kJ/(kg·K)). Wie viel Wärme ist dafür nötig? Berechne mit Einheit.
m = 2,5 kgQ = ?ΔT = 10 K
Schritt für Schritt
  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 · 10 K = 105 kJ
  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 · 10 K = 105 kJ
Ergebnis:
105 kJ

ÜbenJetzt du

  1. ○13
    2 kg Wasser werden um 30 K erwärmt (c = 4,2 kJ/(kg·K)). Wie viel Wärme ist dafür nötig? Berechne mit Einheit.
    m = 2 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) · 2 kg = 8,4 kJ/K
    3. Q = 8,4 kJ/K · 30 K = 252 kJ
    Ergebnis:
    252 kJ
  2. ●14
    1,5 kg Wasser werden um 10 K erwärmt (c = 4,2 kJ/(kg·K)). Wie viel Wärme ist dafür nötig? Berechne mit Einheit.
    m = 1,5 kgQ = ?ΔT = 10 K
    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 · 10 K = 63 kJ
    Ergebnis:
    63 kJ
  3. ★15
    3 kg Wasser werden von 15 °C auf 60 °C erwärmt (c = 4200 J/(kg·K)). Wie viel Wärme in kJ ist nötig? Berechne mit Einheit.
    m = 3 kgQ = ?vorher: 15 °Cnachher: 60 °C
    Lösung zeigen
    1. Q = c · m · ΔT
    2. ΔT = 60 °C − 15 °C = 45 K
    3. Q = 4200 J/(kg·K) · 3 kg · 45 K = 567.000 J
    4. 567.000 J = 567 kJ
    Ergebnis:
    567 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

Die Luft hat nur 5 °C, trotzdem wärmt die Sonne dein Gesicht. Zwischen Sonne und Erde ist fast leerer Raum. Erkläre: Wie kommt die Energie zu dir?
Sonne?GesichtLuft 5 °CWie 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
    Du hältst einen Eiswürfel mit −18 °C in der Hand. Erkläre: Wie kommt die Energie von der Hand ins Eis?
    Hand?Eis−18 °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 Leitung, von Teilchen zu Teilchen
    Ergebnis:
    durch Leitung, von Teilchen zu Teilchen
  2. ●17
    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?
    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
    Tee mit 80 °C bleibt in einer Thermoskanne stundenlang heiß. Warum?
    Tee80 °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

Eine ungedämmte Wand hat 10 m² und den U-Wert 1,2 W/(m²·K). Drinnen sind 20 °C, draußen −10 °C. Wie viel Wärme fließt je Sekunde hindurch? Berechne mit Einheit.
drinnen20 °CU = 1,2A = 10 m²draußen−10 °CP = ?
Schritt für Schritt
  1. P = U · A · ΔT
  2. ΔT = 20 °C − (−10 °C) = 30 K
  3. P = 1,2 W/(m²·K) · 10 m² · 30 K = 360 W
  1. P = U · A · ΔT
  2. ΔT = 20 °C − (−10 °C) = 30 K
  3. P = 1,2 W/(m²·K) · 10 m² · 30 K = 360 W
Ergebnis:
360 W

ÜbenJetzt du

  1. ○19
    Eine ungedämmte Wand hat 20 m² und den U-Wert 1,2 W/(m²·K). Drinnen sind 22 °C, draußen −10 °C. Wie viel Wärme fließt je Sekunde hindurch? Berechne mit Einheit.
    drinnen22 °CU = 1,2A = 20 m²draußen−10 °CP = ?
    So fängst du an:
    P = U · A · ΔT
    Lösung zeigen
    1. P = U · A · ΔT
    2. ΔT = 22 °C − (−10 °C) = 32 K
    3. P = 1,2 W/(m²·K) · 20 m² · 32 K = 768 W
    Ergebnis:
    768 W
  2. ●20
    Eine ungedämmte Wand hat 20 m² und den U-Wert 1,5 W/(m²·K). Drinnen sind 21 °C, draußen 5 °C. Wie viel Wärme fließt je Sekunde hindurch? Berechne mit Einheit.
    drinnen21 °CU = 1,5A = 20 m²draußen5 °CP = ?
    Lösung zeigen
    1. P = U · A · ΔT
    2. ΔT = 21 °C − 5 °C = 16 K
    3. P = 1,5 W/(m²·K) · 20 m² · 16 K = 480 W
    Ergebnis:
    480 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
    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.
  2. ●23
    Ein Becher mit 0,5 kg Wasser braucht 105 kJ, um von 20 °C auf 70 °C zu kommen. Wie viel Wärme braucht ein Topf mit 2 kg Wasser dafür?
    0,5 kg105 kJ2 kgQ = ?beide von 20 °C auf 70 °C
    Lösung zeigen
    1. Gleiche Erwärmung: Die Wärme wächst mit der Masse.
    2. 2 kg : 0,5 kg = 4
    3. Q = 4 · 105 kJ = 420 kJ
    Ergebnis:
    420 kJ
  3. ●24
    Eine Betonplatte ist 10 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 = 10 m10 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 · 10 K = 1,2 mm
    Ergebnis:
    1,2 mm
  4. ●25
    Ein Messingrohr ist bei 15 °C genau 2 m lang (α = 0,018 mm/(m·K)). Wie viele Millimeter ist es bei 90 °C lang? Berechne mit Einheit.
    vorher: 15 °Cl₀ = 2 m bei 15 °Cnachher: 90 °C, l = ?Δl
    Lösung zeigen
    1. l = l₀ + Δl
    2. Δl = 0,018 mm/(m·K) · 2 m · 75 K = 2,7 mm
    3. l₀ = 2 m = 2000 mm
    4. l = 2000 mm + 2,7 mm = 2002,7 mm
    Ergebnis:
    2002,7 mm
  5. ●26
    Schokolade schmilzt bei 36 °C in der warmen Hand. Was geschieht dabei mit ihren Teilchen? Erkläre im Teilchenmodell.
    festflüssiggasförmigSchmelzen: Teilchen?Schokolade, 36 °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.
  6. ●27
    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
    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 · 50 K = 420 kJ
    Ergebnis:
    420 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 −5 °C an. Was geschieht?
    Metall−5 °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 Stahlschiene ist 30 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 = 30 m50 K wärmerΔl = ?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    18 mm

  3. Ich erkläre die Aggregatzustände im Teilchenmodell.

    30
    Eis 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
    Ergebnis:
    3 min

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

    31
    Ein Eiswürfel liegt in einem Zimmer mit 20 °C und schmilzt. Was geschieht dabei mit seinen Teilchen? Erkläre im Teilchenmodell.
    festflüssiggasförmigSchmelzen: Teilchen?Eis, 20 °C
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Sie verlassen ihre festen Plätze und bleiben gleich groß.

  5. Ich berechne Wärmemengen.

    32
    2,5 kg Wasser werden um 30 K erwärmt (c = 4,2 kJ/(kg·K)). Wie viel Wärme ist dafür nötig? Berechne mit Einheit.
    m = 2,5 kgQ = ?ΔT = 30 K
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    315 kJ

  6. Ich unterscheide Wärmeleitung, Strömung und Strahlung.

    33
    Der Golfstrom bringt Meerwasser mit etwa 25 °C aus der Karibik nach Norden. Erkläre: Wie kommt die Energie nach Europa?
    Karibik25 °C?EuropaWie kommt die Energie hinüber?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    durch Strömung, der warme Stoff wandert

  7. Ich beurteile Dämmung und Energiesparen.

    34
    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 = ?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    124 W

  8. Ich übe gemischte Aufgaben.

    35
    Eine Tasse Tee mit 90 °C steht in einem Zimmer mit 22 °C. Was geschieht?
    Luft22 °CTee90 °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 vom Joghurt zum Kühlakku.
  3. Beide haben 21 °C, das Metall leitet die Wärme der Hand schneller weg.
  4. 4,8 mm
  5. 2,88 mm
  6. 9,6 cm
  7. 3 min
  8. 6 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. 252 kJ
  14. 63 kJ
  15. 567 kJ
  16. durch Leitung, von Teilchen zu Teilchen
  17. durch Strömung, der warme Stoff wandert
  18. Vakuum und Spiegel bremsen jeden Weg der Wärme.
  19. 768 W
  20. 480 W
  21. 2400 W
  22. Energie fließt vom Joghurt zum Kühlakku.
  23. 420 kJ
  24. 1,2 mm
  25. 2002,7 mm
  26. Sie verlassen ihre festen Plätze und bleiben gleich groß.
  27. 420 kJ
  28. Energie fließt von der Hand ins Metall.
  29. 18 mm
  30. 3 min
  31. Sie verlassen ihre festen Plätze und bleiben gleich groß.
  32. 315 kJ
  33. durch Strömung, der warme Stoff wandert
  34. 124 W
  35. Energie fließt vom Tee in die Luft.