Luisenburg-Gymnasium Wunsiedel

Luisenburg-Gymnasium Wunsiedel
Grundwissen für das Fach Physik
Jahrgangsstufe 8
1. Energie – gespeicherte Arbeit
Energie E (Einheit: 1J= 1 Joule) ist eine physikalische Größe. Mit
Energie können Körper bewegt, verformt, erwärmt oder zur
Aussendung von Licht gebracht werden.
Energie ist die Fähigkeit Arbeit zu verrichten.
Mechanische Energiearten:
-
1
mv2
2
= mgh
Kinetische Energie / Bewegungsenergie E kin =
-
Potentielle Energie / Höhenenergie E pot
-
Spannenergie E Sp =
1
D s2
2
Weiter tritt z.B. chemische Energie auf oder innere Energie (s. unten,
Temperatur)
Die potentielle Energie
Energie
oben wird zur kinetischen
unten. Beide sind gleich groß.
m Masse in kg
v Geschwindigkeit in m/s
g Ortsfaktor ( 9,81 sm2 ≈ 10 sm2 )
h Höhe über dem Nullniveau in m
D Federhärte in N/m
s Strecke, um die die Feder gedehnt wird
Energieerhaltungssatz:
In einem abgeschlossenen System ist die Summe aller Energien
konstant. Die Gesamtenergie bleibt erhalten.
Energie kann weder erzeugt noch vernichtet werden, sondern nur von
einer Energieart in die andere umgewandelt werden.
Beispiel: Flaschenzug
2. Arbeit
Allgemein gilt (bei konstanter Kraft in Wegrichtung):
( Einheit 1J=1Nm)
Hubarbeit:
Beschleunigungsarbeit:
Spannarbeit:
Halbe Zugkraft F, dafür doppelter Weg s.
Goldene Regel der Mechanik:
Ein Kraftwandler (Flaschenzug, Hebel,…) ändert die Arbeit nicht:
Halbiert sich die aufzuwendende Kraft, so muss der doppelte Weg
zurückgelegt werden.
Bei einer losen Rolle verteilt sich die
Gewichtskraft der Last auf zwei Seile. Die
feste Rolle dient nur zur Umlenkung der
Kraft. Auf jedes Seil wirkt nur die halbe
Gewichtskraft.
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3. Leistung
Leistung
P=
W Arbeit
=
t
Zeit
in 1W = 1 Js
alte Einheit: 1PS ≈ 43 kW
Wirkungsgrad η =
W
P
Nutzen
= Nutz = Nutz
Aufwand W Auf
PAuf
4. Wärmelehre
Alle Körper bestehen aus Teilchen (Atomen oder Molekülen
(Verbindung mehrerer Atome)), die sich ständig unregelmäßig
bewegen und zwischen denen Kräfte wirken.
Aggregatszstände
Schmelzen und Erstarren
Schmelztemperatur = Erstarrungstemperatur
Schmelzenergie:
s = spezifische Schmelzenergie
Sieden und Kondensieren
Siedetemperatur = Kondensationstemperatur
Verdampfungsenergie:
r = spezifische Verdampfungsenergie
5. Innere Energie
Die Energie, die in der Teilchenbewegung steckt, heißt innere
Energie. Bei Festkörpern steckt die innere Energie in potentieller und
kinetischer Energie der Gitterschwingungen.
Je größer die innere Energie eines Körpers
ist, desto höher ist seine Temperatur. Am
absoluten Temperaturnullpunkt ist die
kinetische Energie der Teilchen eines
Körpers Null.
Absoluter Temperaturnullpunkt: -273°C= Nullpunkt der Kelvin-Skala
0°C=273 K
Änderung der inneren Energie durch:
-mechanische Arbeit (
)
-Wärmezufuhr (
): Wärme(arbeit) Q gibt an, wie vile innere
Energie von einen Körper auf einen anderen übertragen wird.
Wärme wird durch Wärmeleitung, Wärmeströmung und
Wärmestrahlung abgegeben bzw. aufgenommen.
-10°C= (-10+273)K=263K
372K =(373-273)°C=100°C
Wärmeleitung:
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Die innere Energie des heißen Tee’s wird
durch Wärmeleitung auf das hintere Ende des
Löffels übertragen. Dabei wird die innere
Energie des Tee’s kleiner und die innere
Energie des Löffels steigt.
Wärmeströmung:
-Heißluftofen
-Golfstrom (warme Meeresströmung)
Wärmestrahlung:
-Sonne
6.
1.Hauptsatz der Wärmelehre:
Bei einem Körper bzw. einem System ist die Änderung der inneren
Energie verbunden mit der Zufuhr oder Abgabe von Wärme und dem
Verrichten mechanischer Arbeit.
Grundgleichung der Wärmelehre:
7. Volumenänderung von Stoffen bei Wärmeeinfluss:
Die meisten Stoffe dehnen sich bei Temperaturerhöhung aus und
ziehen sich bei Temperaturabnahme zusammen (Ausnahme z.B.
Gummi). Alle Gase dehnen sich bei gleichem Volumen und gleicher
Temperaturänderung ca. gleich aus.
Gase dehnen sich stärker als Flüssigkeiten und diese stärker als
Feststoffe aus.
Anwendung: Flüssigkeitsthermometer,
Dehnfugen am Bau, Bimetalthermometer
Die Anomalie des Wassers: Bei Abkühlung von 4°C auf 0°C
vergrößert sich das Volumen.
8. Elektrizitätslehre
Körper können positiv ( Elektronenmangel ) oder negativ
(Elektronenüberschuss) geladen sein.
Gleichnamige Ladungen stoßen sich ab, ungleichnamige ziehen sich
an.
Aufbau der Atome aus positiv geladenem Kern mit Protonen und
Neutronen und negativ geladener Elektronenhülle.
In Metallen entsteht Stromfluss durch die Bewegung frei beweglicher
Leitungselektronen.
Protonen tragen eine positive, Elektronen
eine negative
Elementarladung e = 1,9 ⋅ 10 −19 As
technische Stromrichtung: vom + zum –
Elektronenbewegung vom – zum + Pol
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9.
Strom, Spannung
vgl. Wassermodell:
Stromkreis als Wasserkreislauf, Spannung
entspricht dem Druck,
Elektrischer Stromstärke I (Einheit 1A=1Ampere)
Spannung U (Einheit 1V=1Volt)
Spannung ist die Ursache des Stroms.
Stromstärke I =
Stromstärke der fließenden Wassermenge
∆Q
gibt an, welche Ladung ∆Q pro Zeit durch einen
∆t
Leiterquerschnitt fließt.
Gesetz von Ohm:
In Metallen bei konstanter Temperatur gilt:
U = RI
Strommessgeräte (Amperemeter) werden in
den Stromkreis eingebaut und
Spannungsmessgeräte (Voltmeter) zeigen die
Spannung zwischen zwei Punkten an.
Kennlinien von Leitern
I
I
U=RI
Draht erwärmt sich
heiß
T konst.
kühl
U
U
10. Elektrische Leistung
Leistung P = UI
Elektrische Energie: E = P ⋅ t = UIt
Einheit 1J, üblich auch 1kWh = 1000W ⋅ 3600s = 3,6 MJ
11. Schaltungen
1.Kirchhoffsches Gesetz(Knotenregel):
An einer Stromverzweigung ist die Summe der zufließenden
Stromstärken gleich der Summe der abfließenden Stromstärken.
2.Kirchhoffsches Gesetz(Maschenregel):
Verfolgt man einen Strompfad von einem Pol zum anderen, dann ist
die Summe aller Teilspannungen gleich der anliegenden
Gesamtspannung.
12. Widerstände
Reihenschaltung Rges = R1 + R2
Parallelschaltung
1
1
1
=
+
Rges R1 R2
Bei der Parallelschaltung liegt an allen
Widerständen die gleiche Spannung an.
R1
R2
U
U=U1+U2, I überall gleich
R1
R2
U
I=I1+I2, U überall gleich, vgl.
Steckdosenleiste
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