alle 1. Schulaufgaben Klasse 9 I - mathe

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1. Physikschulaufgabe
Klasse 9 I
Thema: Wärmelehre
1.0
Die innere Energie E i ist die Summe aus der mittleren kinetischen Energie und der
mittleren potenziellen Energie aller Teilchen eines Stoffes. Die innere Energie eines
Stoffes wird nun durch Zufuhr von Wärme erhöht.
1.1
Was kann festgestellt werden?
1.2
Welche der beiden Energieformen ist für welche Auswirkung verantwortlich?
1.3
Ergänze:
Die Temperatur eines Körpers ist
2.0
Folgendes Diagramm zeigt den Phasenverlauf eines Stoffes.
Lese und bestimme aus dem Diagramm:
2.1
die Siede und Schmelztemperatur.
2.2
die Schmelz-, Erstarrungs- und Verdampfungsenergie.
2.3
die spezifische Schmelzenergie, wenn das Phasendiagramm für einen Stoff der
Masse 2,5 kg aufgenommen wurde.
2.4
Was sagt die Steigung über die spezifischen Wärmekapazitäten der einzelnen
Aggregatzustände aus?
2.5
Wie viel Energie wird frei, wenn sich der Stoff von 79°C auf − 114°C abkühlt?
2.6
Um welchen Stoff (Flüssigkeit) handelt es sich?
2.7
Berechne die spezifische Wärmekapazität für den flüssigen Zustand. Entnimm die
nötigen Daten aus dem Phasendiagramm.
RP_A0270 **** Lösungen 4 Seiten (RP_L0270)
1 (2)
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1. Physikschulaufgabe
Klasse 9 I
3.0
Im Frühjahr in Frostnächten werden oftmals die blühenden Obstbäume mit Wasser
besprüht.
3.1
Welche Absicht steckt dahinter?
3.2
Wie kann man den Vorgang physikalisch erklären?
4.0
Dampfverbrennungen sind wesentlich schlimmer als Verbrennungen mit heißem
Wasser.
4.1
Wie viel Energie muss die Haut aufnehmen, wenn sie Wasser der Masse 100 g
von 100°C um 20°C abkühlen soll?
4.2
Wie viel Energie wird frei, wenn die gleiche Menge Dampf ebenfalls um 20°C von
110°C auf 90°C durch die Haut abgekühlt wird?
Konstanten
Wasser:
c Wasser = 4,2
Wasserdampf: cDampf = 1,9
kJ
kg ⋅ °C
kJ
kg ⋅ °C
w V = 2257 kJ
kg
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(spezifische Verdampfungsenergie)
2 (2)
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1. Physikschulaufgabe
Klasse 9 I
Thema: Wärmelehre
1.1
Welche mikroskopische Beobachtung führte zur kinetischen Wärmetheorie?
(Name, Beschreibung und Deutung der Erscheinung)
1.2
Was versteht man unter dem Begriff „absoluter Nullpunkt“?
Nutze zur Erklärung auch das Teilchenmodell.
2.1
Durch welche Maßnahmen versucht man beim Haus Wärmeverluste möglichst klein
zu halten? Betrachte die Bereiche Mauern, Dach, Fenster.
2.2
Nenne drei Gründe, warum es bei uns im Winter kälter ist als im Sommer.
3.1
Es gibt zwei verschiedene Möglichkeiten, einem Körper Energie zuzuführen und
dadurch seine innere Energie zu erhöhen. Welche sind dies?
3.2
Aus welchen Teilen besteht die innere Energie eines Körpers?
3.3
Gib einen Vorgang an, bei dem sich
a) nur ein Teil der inneren Energie verändert,
b) alle Teile der inneren Energie verändern.
Woran ist dies jeweils erkennbar?
4.1
Welche Energie wird frei, wenn 30 Liter Wasser von 75°C auf 35°C abgekühlt
werden?
4.2
Wie viel Liter Wasser von 16°C kann man mit dieser Energie auf dieselbe
Endtemperatur erwärmen?
4.3
Wie heißt das bei den Rechnungen zu 4.1 und 4.2 verwendete Gesetz?
5.1
Wie kann die Wärmeleistung eines Tauchsieders gemessen werden?
Gib hierzu eine kurze Versuchsbeschreibung (Aufbau, Durchführung, gemessene
Größen) und die Formel zur Berechnung der Wärmeleistung an.
5.2
Ein Tauchsieder hat die Wärmeleistung 500 W.
Wie lange benötigt er, um 1,0 l Wasser von 0°C auf 100°C zu erwärmen?
Für die Rechnungen gilt:
c Wasser
4,19
kJ
kg C
1 Liter Wasser
1 kg Wasser
RP_A0271 **** Lösungen 3 Seiten (RP_L0271)
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1. Physikschulaufgabe
Klasse 9 I
Thema: Wärmelehre
1.
a) Von welchen Größen hängt die Volumenänderung eines Körpers bei
Temperaturänderung ab.
b) Beschreibe Aufbau und Durchführung von Versuchen zur Untersuchung dieser
Abhängigkeiten bei einer Flüssigkeit (Skizze!).
Gib die Versuchsergebnisse an.
Leite daraus die Formel für die Volumenänderung her.
2.
Ein Becher aus reinem Kupfer ist randvoll mit 300 cm3 Alkohol gefüllt. Berechne das
Volumen des ausfließenden Alkohols, wenn man den Becher von 0°C auf 60°C
erwärmt.
( Cu 0,000017 C 1 ; Alk 0,0011 C 1 )
3.
Ein Gefäß aus Aluminium (
24 10 6 C 1 ) nimmt bei 0°C maximal 50,00 Liter auf.
Wie groß ist das Fassungsvermögen bei 50°C?
4.
Zur Verstärkung eines Bauwerks aus Beton werden Geflechte aus Stahl (Eisen) in den
flüssigen Beton eingelegt. Nach Aushärten des Betons hat das Bauwerk eine höhere
Festigkeit. Warum wird Stahl bzw. Eisen, jedoch kein Messing verwendet?
5.1
Ein Rohr aus Zink besitzt bei einer Temperatur von 5°C die Länge I 0 2,000 m .
Leitet man erhitztes Wasser von 65°C durch das Rohr, dann nimmt das Rohr eine
Länge von l 1 2,003 m an.
Berechne mit Hilfe dieser Angaben die Längenänderungszahl von Zink.
5.2
Was gibt die Längenänderungszahl von Zink an?
RP_A0272 **** Lösungen 3 Seiten (RP_L0272)
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1. Physikschulaufgabe
Klasse 9 I
Thema: Wärmelehre
1.
In einem Gefäß aus Kupfer, das randvoll mit Wasser gefüllt ist, befinden sich 4,500 l
Wasser. Dieses Gefäß wird samt Inhalt von 20 C auf 100 C erwärmt.
Es gilt: Kupfer 0,000017 1 ; Wasser 0,00018 1
C
C
a)
b)
c)
d)
Berechne die Volumenzunahme des Gefäßes.
Berechne die Volumenzunahme des Wassers.
Zeige an Hand einer Rechnung, was während des Erwärmens passiert?
Warum kann man diese Rechnung nicht bei 0 C beginnend durchführen?
2.
a) Aus welchen beiden Gesetzen wird die allgemeine Gasgleichung gewonnen?
Gib deren Namen und ihre Gleichungen an. Welche Bedingung muss jeweils
gelten?
b) Erkläre den Begriff: ideales Gas.
c) Erkläre den Begriff: absoluter Nullpunkt.
3.
Im Reifen eines Formel - 1 - Fahrzeugs befinden sich 16,5 dm3 des Gases Stickstoff
unter einem Druck von 1,15 bar. Der Reifen hat eine Anfangstemperatur von 25 C .
Nach einigen Runden auf dem Nürburgring erwärmen sich der Stickstoff und der
Reifen auf 90°C. Durch die Erwärmung beträgt das Volumen, das der Stickstoff nun
einnehmen kann, 17,3 dm3 . Wie hoch ist jetzt der Reifendruck?
Hinweis: Im gegebenen Druck- und Temperaturbereich verhalten sich alle Gase als
nahezu ideale Gase, ganz gleich, ob es sich um Stickstoff oder um Luft handelt.
4.
Tarzan atmet am frühen Morgen 2,5 Liter Luft der Temperatur 8°C ein und probiert,
wie lange er die Luft anhalten kann. Dabei erwärmt sie sich auf die Körpertemperatur
36°C. Welches Volumen hat die Luft nach der Erwärmung im Körper?
RP_A0273 **** Lösungen 3 Seiten (RP_L0273)
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1. Physikschulaufgabe
Klasse 9 I
Thema: Wärmelehre
1.
Was versteht man unter innerer Energie? Erläutere den Zusammenhang zwischen
innerer Energie und Temperatur, gehe dabei auch auf den absoluten
Temperaturnullpunkt ein.
2.
Beschreibe den Bau und die Eichung eines Flüssigkeitsthermometers.
3.
Auf welche Arten kann Wärmeenergie transportiert werden? Beschreibe jeweils kurz
wie der Energietransport erfolgt.
4.
Wasser kühlt von 10 C auf 0 C und gefriert. Beschreibe, wie sich dabei das
Volumen ändert.
5.
In einem Warmwasserboiler aus Kupfer, der 80,0 l Inhalt besitzt, wird Wasser von
20 C auf 84 C erwärmt.
5
Wasser
18 10 ... ;
6
Cu
17 10 ...
a) Berechne die Ausdehnung des Wassers.
b)
6.
Berechne, wie viel Wasser überläuft, wenn man die Ausdehnung des Boilers
berücksichtigt.
Ein Ballon des Wetterdienstes wird am Boden bei einem Luftdruck von 992 hPa und
einer Temperatur von 18 C mit 1,8 m³ Helium befüllt.
Welches Volumen hat er in 12 km Höhe, wenn dort eine Temperatur von 62 C
und ein Druck von 258 hPa herrschen?
Es kann vorausgesetzt werden, dass die Ballonhülle so weit dehnbar ist, dass der
Druck außerhalb und innerhalb des Ballons annähernd gleich ist.
RP_A0274 **** Lösungen 3 Seiten (RP_L0274)
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1. Physikschulaufgabe
Klasse 9 I
Thema: Wärmelehre
1.1
Eis schwimmt auf Wasser, Wachsstückchen sinken jedoch in flüssigem Wachs.
Erkläre diesen Unterschied.
1.2
Erkläre den Schmelzvorgang mit Hilfe des Teilchenmodells.
2.0
50,0 g Wasserdampf (von 100°C) werden in 400 g Wasser von 20,0°C geleitet.
Dabei kondensiert der Dampf vollständig. Es stellt sich eine Endtemperatur von
88,7°C ein.
2.1
Berechne die vom kondensierten Wasser bei seiner Abkühlung abgegebene
Wärmeenergie Q1 .
2.2
Berechne die vom kalten Wasser aufgenommene Wärmeenergie Q.
2.3
Berechne die spezifische Kondensationswärme des Wasserdampfs.
3.0
Erwärmt man 100 dm³ Wasserdampf von 100°C auf 130°C bei einem konstanten
Druck von 1,0 bar, so dehnt er sich auf 111 dm³ aus. Es wird eine Energie von
3,4 kJ benötigt.
3.1
Berechne die Ausdehnungsarbeit.
3.2
Wie groß ist die Änderung der inneren Energie des Wasserdampfs?
3.3
Aus welchen Teilen besteht die innere Energie des Wasserdampfs?
Welche Teile ändern sich beim in 3.0 beschriebenen Vorgang?
Begründe die Antwort.
4.1
Warum verwendet man beim Ottomotor üblicherweise mehrere Zylinder?
4.2
Durch welche Vorrichtung wird das Öffnen und Schließen der Ventile beim
Viertaktmotor im richtigen Augenblick sichergestellt?
4.3
Wie geschieht das Umsetzen der Auf- und Abwärtsbewegung des Kolbens in eine
Drehbewegung?
4.4
Wie viele Umdrehungen macht die Kurbelwelle eines 4-Zylinder-Ottomotors
während eines vollständigen Taktzyklus?
4.5
Woher erhält der Ottomotor seine Energie während der Takte, die keine Arbeit aus
Wärmeenergie zur Verfügung stellen?
Für die Rechnungen gilt:
c Wasser
4,19
kJ
kg C
Wasser: 1 Liter
1 dm3
RP_A0275 **** Lösungen 3 Seiten (RP_L0275)
1 kg
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1. Physikschulaufgabe
Klasse 9 I
Thema: Wärmelehre
1.
Wie kann man die Temperatur eines Körpers im Teilchenmodell deuten?
2.
Fertige die beschriftete Skizze eines Bimetallthermometers an und beschreibe
die Wirkungsweise des Thermometers.
3.
Nenne die drei Arten der Wärmeübertragung und gib jeweils die charakteristischen
Eigenschaften an.
4.1
Fertige die beschriftetet Schnittskizze einer Thermosflasche an.
4.2
Erkläre genau, warum ein heißes Getränk in der Thermosflasche nur sehr langsam
abkühlt (Übertragungsart der Wärme – Maßnahmen zur Unterbindung).
5.1
Was versteht man unter innerer Energie eines Körpers?
5.2
Auf welche Arten kann man die innere Energie eines Körpers erhöhen?
5.3
Welche Beobachtungen kann man bei einem Körper machen, dessen innere
Energie abnimmt?
6.0
Eine Schnur, an der ein 5,0 kg schwerer Körper hängt, wird so oft um einen
Aluminiumzylinder gewickelt, dass der Körper bei kontinuierlicher Drehung des
Zylinders gerade seine Höhe nicht mehr verändert.
6.1
Welche Reibungsarbeit wird verrichtet, wenn der Aluminiumzylinder, der einen
Umfang von 9,0 cm hat, 1013mal gedreht wird?
(Ergebnis: WR  4,5 kJ )
6.2
Im Aluminiumzylinder (m = 200 g) befinden sich 500 g Wasser. Durch die in 6.1
zugeführte Reibungsarbeit erwärmt sich das Wasser im Aluminiumzylinder von
18,0°C auf 20,0°C.
Bestimme rechnerisch die spezifische Wärmekapazität von Aluminium.
( c Wasser  4,2kJ / kg  C )
RP_A0276 **** Lösungen 3 Seiten (RP_L0276)
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1. Physikschulaufgabe
Klasse 9 I
Thema: Wärmelehre
1.
a) Gib die Definition der spezifischen Wärmekapazität als Größengleichung an.
b) Was gibt die spezifische Wärmekapazität für einen bestimmten Stoff an?
c) Wovon hängt die spezifische Wärmekapazität eines bestimmten Stoffes ab?
2.
Warum wird Wasser als Umlaufmittel sowohl bei Warmwasserheizungen als auch in
Kühlanlagen bei Motoren benützt? Kurze physikalische Begründung!
3.
Warum ist Wasser als Füllung für Wärmflaschen nicht nur aus preislichen sondern
auch aus physikalischen Gründen sinnvoll?
4.
Ein Eisenklotz wird mit der Energie 100 kJ von 20°C auf 100°C erwärmt.
Welche Masse hat der Klotz? c Fe  0,461kJ / kg  K
5.
In ein Becherglas, das mit heißem Wasser gefüllt ist, werden eine Stahlschraube und
eine Aluminiumschraube mit gleichen Massen gelegt.
a) Erwärmen sich beide Schrauben auf die gleiche Endtemperatur?
b) Nehmen beide Schrauben die gleiche Wärmemenge auf?
c Stahl  0,5 kJ / kg  K
c Alu  0,895 kJ / kg  K
Begründe die Antwort kurz!
6.
In einem Glasgefäß ( m  0,20 kg ) werden 1,4 kg Benzol ( c Benzol  1,8 kJ / kg  C )
von 18°C auf 70°C erwärmt. Um dies zu erreichen wird die Energiemenge 139 kJ
zugeführt.
Welche spezifische Wärmekapazität hat das Glasgefäß?
RP_A0277 **** Lösungen 2 Seiten (RP_L0277)
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1. Physikschulaufgabe
Klasse 9 I
Thema: Wärmelehre
1.1
Was ist Wärmeleitung? Wann tritt sie auf?
1.2
Warum ist Styropor ein schlechter Wärmeleiter?
1.3
Nenne je zwei Beispiele für Wärmeströmungen in Natur und Technik.
1.4
Gib einen anderen Begriff für Wärmeströmung an.
2.1
Erkläre den Erwärmungsvorgang in einem unbeheizten Treibhaus bei Sonnenschein.
2.2
Nenne drei Gründe, warum die Luft während eines Sonnentags im Winter weniger
stark erwärmt wird als im Sommer.
3.1
Was versteht man unter der Temperatur eines Körpers?
3.2
Wie stellen wir uns erwärmen im Teilchenmodell vor
a) bei einem festen Körper?
b) bei einem Gas?
3.3
Warum folgt aus dem Teilchenmodell die Existenz eines tiefsten Temperaturpunktes?
4.
Zeichne den Aufbau eines Bimetallthermometers.
Erkläre dessen Funktionsweise.
5.0
Eine Sauerstoffflasche vom Innenvolumen 25,0 Liter wird bei 20°C gefüllt.
Der Innendruck beträgt nun 9,00 bar.
5.1
Wie groß ist der Druck in der Flasche, wenn sie durch auffallende Sonnenstrahlung
auf 60,0°C erwärmt wird?
Rechne
a) ohne b) mit
Berücksichtigung der Ausdehnung der Stahlflasche.
1
( Stahl  1,20  105 C )
5.2
Wie viel Sauerstoff muss man im Fall a) bei einem Außendruck (unter der Annahme
gleich bleibender Temperatur) ausströmen lassen, damit der Innendruck wieder
9,00 bar beträgt?
Hinweis:
Berechne zunächst das Gasvolumen bei 60 °C bei einem Druck von 9,00 bar.
6.
Bei den Rechnungen der Aufgabe 5 wird wiederholt ein bestimmtes Gesetz benötigt.
Wie heißt dieses und unter welchen Voraussetzungen gilt es?
RP_A0278 **** Lösungen 3 Seiten (RP_L0278)
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1. Physikschulaufgabe
Klasse 9 I
Thema: Wärmelehre
1.1
Beschreibe einen Versuch mit dem man die Wärmeströmung von Wasser
zeigen kann (Skizze). Welche Beobachtungen machst du?
1.2
Nenne drei Beispiele für eine freie Konvektion in Natur oder Technik
2.1
Fertige die beschriftete Bauskizze eines einfachen Gasthermometers an.
2.2
Wie kann man ein Gasthermometer ohne Zuhilfenahme eines anderen
Thermometers eichen?
3.
Beschreibe Bau und Funktionsweise eines elektrischen Widerstandsthermometers.
4.1
Was versteht man unter Wärmestrahlung?
4.2
Wie breitet sich Wärmestrahlung aus?
4.3
Nenne unseren wichtigsten Wärmestrahler.
4.4
Was versteht man unter Absorption und was unter Emission bei Wärmestrahlung?
5.
In einem Autoreifen befinden sich 9,0 dm³ Luft von 12 °C unter einem Druck von
2,2 bar. Während einer längeren Fahrt erwärmt sich die Luft im Reifen infolge der
Walkarbeit und der Sonneneinstrahlung auf 76 °C. Der Reifen gibt dabei soweit
nach, dass die Luft jetzt ein Volumen von 9,4 dm³ einnehmen kann.
Welcher Druck herrscht jetzt im Reifen?
6.
2 Liter Wasser werden von 12 C auf 60 C erwärmt. Wie viel Energie ist dafür
notwendig? Wärmeverluste bleiben unberücksichtigt.
Wie hoch müsste ein 80 kg schwerer Mann auf einer Treppe (z.B. in einem
Hochhaus) nach oben steigen, damit sich seine potenzielle Energie um diesen
Energiebetrag erhöht?
c W  4,18
kJ
kg  C
RP_A0279 **** Lösungen 3 Seiten (RP_L0279)
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1. Physikschulaufgabe
Klasse 9 I
Thema: Wärmelehre
1.
Welche verschiedenen Vorgänge können zur Erwärmung eines Körpers führen?
2.1
Beschreibe Bau und Funktionsweise eines Bimetallstreifens.
Gib drei Beispiele an für die Anwendung in der Technik.
2.2
Der Benzintank eines Pkw besteht aus Eisenblech. Der Tank wird bei 0°C vollständig
mit 65,00 Litern Benzin gefüllt. Wie viel Benzin fließt aus, wenn der Pkw in der Sonne
steht und sich der Tank und das Benzin auf 40°C erwärmen?
Eisenblech  12  10  6 C  1 ; Benzin  12  10  4 C  1
3.
Maxi möchte ein warmes Wannenbad nehmen (Füllung 90 kg). Das Badewasser
soll 42 C haben. Er mischt 30 kg Wasser von 12 C mit heißem Wasser.
Welche Temperatur muss das heiße Wasser haben (Wärmeverluste bleiben unberücksichtigt).
c W  4,2 kJ
kg  K
4.0
In einem Behälter, der durch einen reibungsfrei beweglichen Stempel verschlossen ist,
befindet sich Luft.
4.1
Durch welche Zustandsgrößen ist die Luft im Behälter gekennzeichnet?
4.2
Die Luft wird isobar erwärmt. Welche Zustandsgrößen ändern sich dabei?
Welches Gesetz ist hier gültig? Wie lautet es?
4.3
Anschließend wird die Luft im Behälter bei konstanter Temperatur komprimiert.
Welches Gesetz ist hier gültig? Wie lautet es?
4.4
Leite aus den Gesetzen von 4.2 und 4.3 die allgemeine Gasgleichung her
4.5
Bei einem Dieselmotor wird Luft der Temperatur 17,0°C bei einem Druck von 1,0 bar
in einen Zylinder von 600 cm³ eingesaugt. Anschließend wird das Volumen der Luft
auf 1/21 seines ursprünglichen Volumens verdichtet, wobei der Druck auf 50,0 bar
steigt. Berechne die Temperatur der verdichteten Luft.
RP_A0280 **** Lösungen 3 Seiten (RP_L0280)
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1. Physikschulaufgabe
Klasse 9 I
Thema: Wärmelehre
1.1
Eis (V = 100 cm³) von - 20°C wird gleichmäßig Wärme zugeführt, bis Wasser von 20°C
entsteht. Zeichne für diesen Temperaturbereich
a) den prinzipiellen Verlauf des  -Q-Diagramms,
(x - Achse: Q)
(x - Achse:  )
b) den prinzipiellen Verlauf des V-  -Diagramms,
1.2
Weinbauern besprengen im Frühjahr bei Frostgefahr oft ihre Weinreben mit Wasser.
Erläutere den physikalischen Hintergrund hierfür.
1.3
Eis mit der Masse m und der Temperatur 1  10C wird in 5,0 kg Wasser mit der
Temperatur 2  90C gegeben. Das Eis schmilzt. Nach einiger Zeit stellt sich die
Mischungstemperatur M  12C ein. Berechne die Masse m des Eises.
c Eis  2,1kJ / kg C ;
c Wasser  4,2 kJ / kg C ;
q S  335 kJ / kg
2.1
Welche Energie benötigt man, um zwei Eiswürfel zu je 10 g von -15°C vollständig zu
schmelzen?
( c Eis  2,1kJ / kg C ; q S (Eis)  335 kJ / kg )
2.2
Welche Energie wird beim Abkühlen von 0,25 l Limo (Wasser) von 16°C auf 0°C frei?
2.3
Wenn man einen festen und einen flüssigen Körper desselben Stoffes zusammenbringt, können sich drei verschiedene Endstufen einstellen. Welche sind dies?
Welche Endstufe stellt sich ein, wenn das Eis von Aufgabe 2.1 in die Limo von
Aufgabe 2.2 geworfen wird?
Begründe Deine Antwort mit Hilfe der Rechenergebnisse.
2.4
Berechne die Endtemperatur der angesprochenen Mischung!
3.1
Inwiefern unterscheiden sich bei Wasser der Schmelzvorgang und das Verdampfen
in Bezug auf den ersten Hauptsatz der Wärmelehre?
3.2
Einer abgeschlossenen Gasmenge wird die Wärme Q zugeführt; das Volumen des
Gases vergrößert sich um ΔV . Hierbei verrichtet das Gas die Ausdehnungsarbeit WA
gegen den äußeren Druck pa .
Leite aus diesem Gedankenversuch an Hand einer Skizze die Größengleichung für die
Ausdehnungsarbeit WA her.
3.3
Glyzerin mit dem Volumen 1,0 dm³ und der Temperatur 1  25,0 C wird auf
2  150 C erwärmt; der dabei herrschende Luftdruck beträgt 980 hPa.
Berechne die vom Glyzerin verrichtete Ausdehnungsarbeit.
 Glyzerin  5,0  10  4 C  1
Blatt 2 beachten !
RP_A0281 **** Lösungen 5 Seiten (RP_L0281)
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1. Physikschulaufgabe
Klasse 9 I
4.
Gib den Ersten Hauptsatz der Wärmelehre im Wortlaut und als Formel an.
5.
Deute das Verdunsten einer Flüssigkeit mit Hilfe des Teilchenmodells.
6.
Die Höhe der Erstarrungstemperatur einer Flüssigkeit ist von bestimmten Einflussgrößen abhängig. Nenne eine dieser Größen und beschreibe einen Versuch hierzu!
(Durchführung, Beobachtung)
Je nach Bundesland werden folgende Symbole verwendet:
W th
Q
W th, ab / W th, auf
Q ab / Q auf
wV
qV
Wärme / thermische Energie
abgegebene, aufgenommene Wärme
spezifische Verdampfungswärme
Erwärmungsgesetz (je nach Schulbuch):
W th  c  m  
oder
W  c  m  
oder
Q  c  m  
oder
Q  c  m  T
RP_A0281 **** Lösungen 5 Seiten (RP_L0281)
2 (2)
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1. Physikschulaufgabe
Klasse 9 I
Thema: Wärmelehre
1.1
Beschreibe den Versuch zur Bestimmung der spezifischen Schmelzwärme von Eis
(Anordnung, Durchführung, gemessene Größen mit Symboldarstellung).
1.2
Leite aus den gemessenen Größen die Formel zur Berechnung von q S her.
2.0
100 g Eis von -12°C werden in 150 g Wasser von 20°C gegeben.
2.1
Berechne die Wärmeenergie Q1 , die das Wasser bis zur Abkühlung auf 0°C abgeben
kann sowie die Wärmeenergie Q 2 , die das Eis zur Erwärmung auf 0°C benötigt.
Berechne daraus die Wärmeenergie Q, die zum Schmelzen zur Verfügung steht.
( c Eis  2,1 ?)
2.2
Wie viel Gramm Eis schmelzen bei diesem Versuch? ( q Eis  335 ? )
2.3
Welche Endtemperatur stellt sich folglich ein?
3.0
Mit Hilfe eines elektrischen Kochers werden in 2 Minuten 20 Sekunden 30 g Wasserdampf aus siedendem Wasser von 100°C erzeugt. Nach Einleiten dieses Dampfes in
500 g Wasser von 20°C stellt sich eine Endtemperatur von 53°C ein.
3.1
Wie kann die Masse des Wasserdampfes im Experiment gemessen werden?
3.2
Berechne die spezifische Kondensationswärme q k von Wasserdampf!
3.3
Ist der Wert von q k eher zu groß oder eher zu klein?
Begründe deine Antwort!
3.4
Berechne die Wärmeleistung des Kochers.
4.1
Erkläre die Begriffe Verdampfen, Sieden, Verdunsten.
4.2
Erkläre das Entstehen von Verdunstungskälte mit Hilfe des Teilchenmodells.
RP_A0282 **** Lösungen 3 Seiten (RP_L0282)
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1. Physikschulaufgabe
Klasse 9 I
Thema: Wärmelehre
1.
600 g Glyzerin werden mit einem Tauchsieder mit der Leistungsangabe 500 Watt
80 Sekunden lang erwärmt. Dabei nimmt die Temperatur von 20°C auf 48°C zu.
1.1
Welche Wärmeenergie gibt der Tauchsieder dabei ab?
(Wärmeverluste bleiben unberücksichtigt)
1.2
Ermittle die spezifische Wärmekapazität von Glyzerin.
2.
Wasser: c W  4,2 kJ
Erde: c E  0,92 kJ
kg  C
kg  C
Stelle mit diesen Angaben, den Unterschied zwischen dem Seeklima und dem
Landklima heraus.
3.
50 l Wasser von 20°C werden mit 30 l Wasser von 60°C gemischt.
Als Mischungstemperatur erhält man 35°C.
3.1
Wie lautet die Mischungsregel?
3.2
Überprüfe diese Regel durch Rechnung.
4.
Festes Fixiersalz wird geschmolzen, anschließend kühlt es ab.
4.1
Was ist beim Schmelzvorgang und beim Erstarrungsvorgang der Fall?
4.2
Was ist dabei über die Wärmeenergien zu sagen?
5.
Wasser wird erhitzt.
5.1
Welche Vorgänge unterscheidet man bis 90°C, von 90°C bis 100°C, bei 100°C?
5.2
Durch welchen Versuch haben wir gezeigt, dass die Siedetemperatur vom Luftdruck
abhängt.
6.
Ein Nagel der Masse 5 g (c = 0,45…) wird bei Zimmertemperatur (18°C) mit einer
Kraft von ca. 1200 N 6 cm tief in ein Brett getrieben; dabei nimmt er 80% der
Reibungswärme auf.
Auf welche Temperatur hat sich dabei der Nagel erwärmt?
Was geschieht mit der übrigen Reibungsenergie?
RP_A0283 **** Lösungen 3 Seiten (RP_L0283)
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Realschule
1. Physikschulaufgabe
Klasse 9 I
Thema: Wärmelehre
Achte bei allen Rechnungen auf die gültigen Ziffern!
1.
Wie sollte ein Kühlkörper, z.B. für den Zylinderkopf eines Mofas, gestaltet sein?
Begründe die Antwort!
2.
Es werden 100 g Nickel (cNickel = 0,44 kJ/kg °C) und 100 g Zinn (cZinn = 0,23 kJ/kg °C),
beide mit Raumtemperatur, in 1 Liter 90°C heißes Wasser gelegt,
Kreuze richtig an:
Nach einiger Zeit hat Zinn die höhere Temperatur,
Nach einiger Zeit hat Nickel die höhere Temperatur,
Nach einiger Zeit haben beide die gleiche Temperatur,
Zinn hat mehr Wärme aufgenommen,
Nickel hat mehr Wärme aufgenommen,
Beide haben gleich viel Wärme aufgenommen.
3.
Nenne vier unterschiedliche Merkmale zwischen Sieden und Verdunsten!
4.
Warum ist es gefährlicher sich mit Wasserdampf von 100°C als mit Wasser von 100°C
zu verbrühen (jeweils gleiche Menge vorausgesetzt)? Erkläre!
5.1
In nebenstehendem Diagramm wird für
Wasser (V = 2,8 l) der Zusammenhang
zwischen der zugeführten Wärme Q
und der Temperatur dargestellt.
In welchem Aggregatzustand kommt
Wasser in den Abschnitten a), b), c) vor?
Hinweis: Die Zeichnung ist nicht maßstäblich.
5.2
Wie groß ist die zugeführte Wärme Q
im dargestellten Erwärmungsvorgang?
6.0
10,0 Liter Luft (V0) werden in einem Zylinder durch einen
beweglichen Stempel (sein Gewicht soll vernachlässigt
werden) abgeschlossen. Die Temperatur der Luft
beträgt 0°C und sie steht unter dem äußeren Luftdruck
von pL = 1,0 bar.
6.1
Durch Zufuhr von 2,4 kJ Wärme wird die eingeschlossene
Luft isobar auf 180 °C erwärmt.
Was versteht man unter einer isobaren Erwärmung?
6.2
Berechne das Volumen V1 das die Luft nach der isobaren Erwärmung einnimmt.
6.3
Wie groß ist die Volumenarbeit, die die Luft bei dem Erwärmungsvorgang verrichtet?
Wie groß ist die Änderung der inneren Energie E i der Luft?
6.4
Wie groß wäre die Änderung der inneren Energie E i der Luft, wenn man bei dem
Erwärmungsvorgang den beweglichen Stempel der das Gas einschließt, festhalten
würde? Begründe die Antwort!
RP_A0284 **** Lösungen 3 Seiten (RP_L0284)
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Realschule
1. Physikschulaufgabe
Klasse 9 I
Thema: Wärmelehre
1.
Was versteht man unter spezifischer Schmelzwärme, was unter spezifischer
Kondensationswärme?
2.1
Erkläre den Unterschied zwischen Sieden und Verdunsten.
2.2
Wovon hängt die Verdunstungsgeschwindigkeit einer bestimmten Flüssigkeit ab?
3.1
Was versteht man unter einem abgeschlossenen System?
3.2
Wie lautet der Energieerhaltungssatz?
4.1
Was kann man folgender Aussage entnehmen?
„Der Wirkungsgrad eines Dieselmotors beträgt 35%“
4.2
Wo treten bei einem Motor die relativ hohen Energieverluste auf?
4.3
Welche Bauteile haben Viertakt-Otto- und Dieselmotoren gemeinsam?
Welche wesentlichen Bauunterschiede gibt es?
Gemeinsam: . . . . . . . . . .
Unterschiede:
Otto-Motor: . . . . . . . . .
Dieselmotor: . . . . . . . . .
4.4
Welche wesentlichen Unterschiede gibt es beim Betrieb von Viertakt-Otto-Motoren
und Dieselmotoren?
4.5
Beschreibe die Funktionsweise eines Viertakt-Dieselmotors.
(Aufgeteilt in 1. bis 4. Takt; jeweils Name des Taktes und Funktion)
Thema: Auftrieb
5.
Ein Tauchkörper wiegt in Luft 15 N, in Wasser (   1,0 kg / dm3 ) 5 N.
Welche Dichte muss eine Flüssigkeit haben, damit der Tauchkörper in ihr schwebt?
(Rechnerische Bestimmung!)
Thema: Druck in Flüssigkeiten und Gasen
6.1
Beschreibe den Messversuch zur Ermittlung des Gesetzes von Boyle-Mariotte.
(Aufbau / Skizze – Durchführung – Auswertung)
6.2
Wie lautet das Gesetz aus 6.1 in Worten und als Größengleichung?
6.3
Ein Ballon hat im prallen Zustand ein Volumen von 3000 m³. Wie viel m³ Gas dürfen
am Erdboden (1 bar) eingefüllt werden, wenn der Ballon in 2000 m Höhe (800 hPa)
prall gefüllt sein soll?
6.4
Ein Fahrradreifen wird aufgepumpt, damit der Luftdruck im Reifen vergrößert wird.
Gleichzeitig nimmt das Volumen des Reifens zu; der Reifen wird prall. Nach dem
Gesetz aus 6.1 müsste aber bei wachsendem Druck das Volumen abnehmen.
Erkläre den Widerspruch!
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