Jahrgangsstufe 8 - Gymnasium
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Grundwissen Physik 8. Jahrgangsstufe Christoph-Jacob-Treu-Gymnasium Lauf (2.6.2009) 1. Mechanik Wissen und Können Mechanische Energieformen - Potenzielle Energie mit den Energieformen Höhenenergie (Lageenergie) Epot = mgh ( g 9,81 m 9,81 N ) kg s2 und Spannenergie - Bewegungsenergie ( kinetische Energie ) Anwendungen, Beispiele Energieumwandlungen beim Hupfball Ekin = ½ mv² Energieumwandlungen Energieerhaltungssatz: - In einem abgeschlossenen System bleibt die Gesamtenergie konstant bzw. - die abgegebene Energie ist gleich der zugeführten Energie. Evorher = Enachher bzw. Eab Epot Ekin Esp 0 0 0 0 0 wird größer wird kleiner ... 0 am größten 0 0 = Ezu Arbeit Wirkt auf einen Körper eine Kraft längs eines Weges, so ändert sich die Energie. Die dadurch bewirkte Energiedifferenz heißt Arbeit W. W = E Ist die Kraft konstant, so gilt: Arbeit ist Kraft (in Wegrichtung) mal Weg. W = F s , wenn F am größten wird kleiner 0 0 wird größer am größten Zur „Goldenen Regel“: Bei einem Kraftwandler bringt eine Kraftübersetzung stets eine gleich große Weguntersetzung mit sich: FZug = 1/2 FG , Zugweg = 2Hubweg „Was man an Kraft spart, muss man an Weg zusetzen.“ s „Goldene Regel“ im Zusammenhang mit Kraftwandlern Einheit von Arbeit und Energie: [W ] = 1 Nm = 1 J, [ E ] = 1 J (Joule) Formen mechanischer Arbeit: - Hubarbeit WHub= EH = mgh - Beschleunigungsarbeit WB=Ekin= - Spannarbeit - Reibungsarbeit WReib = FReib s Hubarbeit führt zu einer Vergrößerung der Höhenenergie 1 2 2 m vnach vvor 2 Beschleunigungsarbeit führt zu einer Veränderung der kinetischen Energie Bsp.: Beschleunigung eines Autos durch die Motorkraft Spannarbeit führt zu einer Vergrößerung der Spannenergie Bsp.: Spannen eines Bogens durch einen Bogenschützen Grundwissen Physik 8. Jahrgangsstufe Wissen und Können Christoph-Jacob-Treu-Gymnasium Lauf Anwendungen, Beispiele Leistung ist Arbeit pro Zeit. P = W t Einheit: [ P ] = 1 Watt Wirkungsgrad = E Nutzen ; E Aufw and < 1 2. Wärmelehre Wissen und Können Anwendungen, Beispiele Teilchenmodell und innere Energie Alle Stoffe bestehen aus Teilchen, die sich in ständiger Je größer die mittlere kinetische Energie der Teilchen eines Körpers ist, desto höher ist ungeordneter Bewegung befinden (Brownsche Bewegung). seine Temperatur und umgekehrt. 0 Absoluter Temperaturnullpunkt: -273,15 C Die Temperatur, bei der die kinetische Energie der Teilchen eines Körpers gleich Null ist, Die innere Energie eines Körpers besteht aus der Summe wird als absoluter Temperaturnullpunkt bezeichnet. aller kinetischen Energien seiner Teilchen und aus der Summe aller potenziellen Energien, die die Teilchen aufgrund gegenseitiger Anziehung haben. Temperaturabhängigkeit des Volumens fester, flüssiger und Körper dehnen sich in der Regel bei Erwärmung aus. gasförmiger Körper (Anwendungen: Flüssigkeitsthermometer, Dehnungsfugen am Bau, bewegliche Lagerung von Brücken, Bimetallthermometer) Anomalie des Wassers Wasser hat bei 40C seine größte Dichte, d.h. es nimmt bei 40C sein geringstes Volumen ein. Wissen und Können Anwendungen, Beispiele Celsius- und Kelvinskala tiefste Temperatur: 0 K ̂ -273 0C Innere Energie und spezifische Wärmekapazität Temperatur Ei = cm, cWasser 4,2 J g C Kondensieren/Verdampfen Aggregatszustände und Umwandlungsenergien Übergang fest flüssig: Schmelzen Übergang flüssig fest: Erstarren Übergang flüssig Übergang gasförmig gasförmig: Verdampfen flüssig: Kondensieren Zum Schmelzen bzw. Verdampfen eines Stoffes ist Schmelz- bzw. Schmelzen/ Erstarren Energie Verdampfungsenergie notwendig, beim Erstarren bzw. Kondensieren wird die jeweilige Energie wieder frei. Änderung der inneren Energie durch Arbeit Verrichtet man an einem Körper Reibungsarbeit, so erhöht sich seine Temperatur und damit seine W = Ei innere Energie. Reibe deine Hände aneinander. Längeres oder festes Reiben sorgt für eine höhere Energie. Wenn man mit einem schwer beladenen Auto beim Bergabfahren oft hintereinander bremsen Wärme Q Q gibt an, wie viel innere Energie von einem Körper auf einen muss, dann erwärmen sich die Bremsen sehr stark. Die Bremsscheiben können sogar so heiß werden, dass sie glühen. Wärme kann nur übertragen werden, wenn ein Temperaturunterschied vorliegt. anderen übertragen wird. Q = Ei . 3. Elektrizitätslehre Wissen und Können Anwendungen, Beispiele 19 Betrag der Ladung eines Elektrons bzw. eines Protons: Elementarladung: 1,6 10 C ; Körper können positiv ( Elektronenmangel ) oder negativ ( Elektronenüberschuss) geladen sein. Gleichnamige Ladungen stoßen sich ab, technische Stromrichtung von + nach -, Bewegung der Elektronen im Leiter von – nach +. ungleichnamige ziehen sich an. Ladung Aufbau der Atome aus positiv geladenem Kern und negativ geladener Elektronenhülle; Größenordnungen. Deutung des elektrischen Stroms in metallischen Leitern als Bewegung freier Elektronen. Ladung - Strom - Spannung - Widerstand Elektrischer Stromstärke I und Spannung U [I] 1 A ; [ U] 1 V . Spannung als Ursache des Stroms. Q als Zusammenhang zwischen Stromstärke und bewegter t Ladung Q . U Definition des Widerstandes R mit [ R ] 1 . I I i Die Spannung U ist Ursache für den elektrischen Strom. Je höher U ist, desto größer ist die Stromstärke, die sie im gleichen Bauteil hervorruft. Die Stromstärke gibt an, welche Ladung Q in einer bestimmten Zeit t durch einen Leiterquerschnitt transportiert wird. U-I-Kennlinien von Leitern Gesetz von Ohm: U ~ I in Metallen bei konstanter Temperatur T . Schaltung von Strommessgeräten (Amperemetern) und Spannungsmessgeräten (Voltmetern). T konstant nicht gekühlter Draht Elektrische Energie, elektrische Arbeit und Leistung Wel Eel U I t und Pel U I mit [ Wel ] 1 J 1 Ws ; 1 kWh 3,6 10 6 J ; Wirkungsgrad von Energieumwandlungen. Elektrische Schaltungen Gesetze von Kirchhoff, Reihen- und Parallelschaltung von Widerständen. Analyse einfacher Schaltungen: qualitative Erklärung von Schaltungen aus Lämpchen; einfache Schaltungen im Haushalt. U I t cW m U = U1 + U2 und I = I1 = I2 , Rers = R1 + R2 U1=U2; I= I1 +I2 ; 1 1 1 Rers R1 R2
