Thermodynamik
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Comeniusprojekt TEWISE „Thermodynamik” 10650-CP-1-2002-A -COMENIUS-C21 Alle Leute mögen Wärme Józefina Turło Andrzej Karbowski Grzegorz Osi ski Krzysztof Słuzewski Institut für Physik der Nikolaus Kopernikus Universität in Torun, Polen Copyright © 2002-2010 by Project "TEWISE" for the project -team: [email protected] All rights reserved. Privacy Statement. 2003-2005 This project has been funded with support from the European Commission. This publication [communication] reflects the views only of the author, and the Commission cannot be held responsible for any use which may be made of the information contained therein. Thermodynamik Modulverzeichnis 1-4 I. Wärme und Temperatur 1. Beispiele im Leben – Wärme und Kälte 2. Wärmebegriff 3. Temperaturbegriff 4. Temperaturmessungen 4.1. Thermometerskalen – Kelvinskala, Celsiusskala, Fahrenheitskala 4.2. Temperaturmessungen in dem warmen und kalten Wasser II. Energieströmung als Wärme 1. Wärmeleiter und isolierende Körper 1.1 Fragen über Urkonzeption 1.2 Experimente mit der Erwärmung vom Holz und Kupfer 1.3 Thermische Eigenschaften verschiedener Materialien 2. Konvektion 2.1. Konvektion im Glasrohr 2.2. Konvektion von warmer und kalter Luft im Zimmer 3. Strahlung 4. Erklärung III. Wärmeausdehnung 1. Beispiele vom Alltag 2. Experimente mit Metallausdehnung 3. Abhängigkeit von der Temperatur – Mathematische Beschreibung IV. Aggregatzustände der Materie 1. Die Struktur von Gasen, Flüssigkeiten und festen Körpern 1.1. Beispiele von der Natur 1.2. Das Model des Aggregatzustandes der Materie 2. Die Änderung des Aggregatzustandes der Materie 3. Das allgemeine Schema der Änderung des Aggregatzustandes Wärme und Temperatur *Was bedeutet der Begriff „Wärme”? *Warum fühlst du, dass Glas mit Tee heiß ist? *Warum ist der Schnee kalt? 1. Beispiele vom Alltag – Wärme und Kälte Wir machen ein einfaches Experiment heißes wasser, warmes Wasser, Wasser mit Eis heißes wasser, warmes Wasser, Wasser mit Eis Zuerst lege deine linke Hand ins Wasser mit Eis, und die rechte Hand ins heiße Wasser und warte 30 Sekunden! Dann lege beide Hände ins warme Wasser! Was fühlst du jetzt? Weißt du, warum du so etwas fühlst? 2. Der Begriff der Wärme Die Wärme ist der Vorgang der Energieströmung zwischen zwei Körpern, die verschiedenen Temperaturen haben. Heißer Körper >Energieströmung (Wärme) > Kalter Körper Die Energieströmung findet während der Stöße der Moleküle eines Körpers statt. Beispiele: *Energieströmung als Wärme vom Ofen in die Luft im Zimmer, und von der Luft in die Gegenstände im Zimmer *Energieströmung vom Herd in den Teekessel, dann ins Wasser *Kannst du mehr Beispiele nennen? 3. Temperaturbegriff. Wir sehen, wie sich die Moleküle auf einem zweidimensionalen Tisch bewegen und aneinander stoβen. (Video) Jetzt sehen wir eine Computersimulation der Bewegung der Moleküle auf einem dreidimensionalen Bild. (Video) Die Moleküle bewegen sich in alle Richtungen und zufällig. Sie übermitteln Energie zwischen einander und zwischen den Wänden. Die Temperatur hängt von der Geschwindigkeit der Moleküle ab. Wenn die Temperatur steigt, ist die Geschwindigkeit größer. Wenn die Temperatur fällt, ist die Geschwindigkeit der Moleküle kleiner. Wir können die Temperatur definieren. Die Temperatur ist physikalische Größe, die kinetische Energie der Fortbewegung der Moleküle charakterisiert. 4. Temperaturmessungen 4.1. Temperaturskalen- Kelvinskala, Celsiusskala, Fahrenheitskala. Der erste Quecksilberthermometer wurde von Gabriel Fahrenheit im 1720, in Gdańsk gemacht. Der Nullpunkt der Skala bezeichnete die niedrigste Temperatur im Winter (-17 0C), und 100 0F bezeichnete die Temperatur der Frau von Fahrenheit. Der Nullpunkt in der Kelvinskala bezeichnet die niedrigste Temperatur in der Natur (die Moleküle bewegen sich nicht mehr). Der Gefrierpunkt von Wasser in der Skala ist 273 K. Die populärste Temperaturskala in Europa ist Celsiusskala. In der Skala der Gefrierpunkt von Wasser ist 0 0C und der Siedepunkt von Wasser sind 100 0C. In der Tabelle unten gibt es drei Temperaturskalen. Die Formel für die Umrechnung: 0 C - K, 0 F - 0C, K = 0C + 273 0 C = (0F – 32)/1.8 4.2 Temperaturmessungen in dem warmen und kalten Wasser Wir nehmen zwei Gläser mit Wasser- ein Glas mit kaltem Wasser, das zweite Glas mit warmem Wasser. Wir messen Temperatur mit dem Quecksilberthermometer und mit dem elektronischen Thermometer. Der Quecksilberthermometer Der elektronische Thermometer Die Temperaturdes warmen Wassers - 220C Die Temperatur des kalten Wassers - 00C Energieströmung als Wärme 1. Leiter und isolierende Körper *Warum ist der Löffel im heißen Tee auch heiß? *Warum wird die Luft im Zimmer mit dem heißen Ofen auch noch wärmer? 1.1 Wir können drei Arten der Energieströmung nennen: Leitung, Konvektion und Strahlung. 1.2 Das Experiment mit Erwärmen vom Holz und Kupfer. Nimm eine Kerze, zwei Zylinder (Holzzylinder und Kupferzylinder), Papier! Mach das Experiment oder siehe den Film (Video)! Beantworte die Frage: Welcher Zylinder leitet die Wärme und welcher isoliert? Nach dem Erwärmen ist das Papier um den Holzzylinder dunkler als das Papier um den Kupferzylinder. Das bedeutet, Metall ist guter Wärmeleiter, Holz isoliert die Wärme. 1.3 Termische Eigenschaften verschiedener Materialien. Wir haben Stangen aus verschiedenen Materialien. Auf den Stangen gibt es Wachs. Die Endstangen sind im heißen Wasser. Was beobachten wir? Wir beobachten, das Wachs schmilzt zuerst auf der Kupferstange und Aluminiumstange. Zum Schluss schmilzt das Wachs auf der Plastikstange und Glasstange. Manche Materialien sind gute Wärmeleiter, andere isolieren die Wärme. In der Tabelle unten wurden termische Eigenschaften verschiedener Materialien gezeigt. Der beste Leiter Der schlechteste Leiter Diamant Silber, Kupfer Aluminium,Stahl, Blei Eis, Marmor, Glas Polyethylen, Nylon Gummi, Holz Polystyren, Glaswolle Der schlechteste isolierende Körper Der beste isolierende Körper 2. Konvektion 2.1 Konvektion im Glasrohr Erwärme das Wasser im Glasrohr und beobachte, was mit den Korkstückchen passiert. Mach das Experiment oder siehe den Film! Wir sehen, wenn ein Teil der Flüssigkeit oder des Gases heißer wird, bewegt sich der Kork nach oben. Der Vorgang heißt Konvektion. Konvektion ist der Vorgang der Wärmeströmung. Die Konvektionsströme kreisen in der ganzen Flüssigkeit oder in ganzem Gas. 2.2 Konvektion der kalten und warmen Luft im Zimmer Unten gibt es ein Schema der Luftzirkulation im Zimmer infolge der Konvektion. 3. Die Strahlung Die Strahlung ermöglicht die Energieströmung zwischen der Quelle und dem Empfänger, auch wenn es keine Verbindung zwischen ihnen gibt. Zum Beispiel: Die Sonnenenergie kommt zu uns als Strahlung, się wurde durch kosmisches Vakuum transportiert. Beobachte das Bild unten. Zwischen dem Becher und den Büchern gibt es keine Verbindung, trotzdem sind sie warm. Die Energie wird als Strahlung transportiert, Ultrastrahlung. Man kann sie nicht sehen, aber man kann sie fühlen. Die Strahlung erhöht die Temperatur. Thermische Kamera* Mit dieser Kamera kann man Fotos im Infrarotbereich machen. Man kann zum Beispiel das Foto eines Menschen machen. Man sieht dunklere und hellere Stellen. Das sind die Stellen des Körpers, die kälter (dunkel) oder wärmer (hell) sind. Am heißesten ist der Kopf. Die Kamera kann man in der Nacht benutzen. Während unsere Augen nichts sehen, entdeckt die Kamera infrarot verschiedener Körper, zum Beispiel der Menschen, Tiere oder von Geräten. So eine Kamera nennt man Infrarotgerät. *zusätzliches Material 4. Erklärung mit dem Modell* Wärme geht selbstständig nur vom wärmeren zum kälteren Körper über -Die Moleküle, die mehr Energie haben (sie haben größere Geschwindigkeit und größere Masse) übermitteln die Energie den Molekülen, die weniger Energie haben. -Der Vorgang findet in den Gasen, Flüssigkeiten und festen Körpern statt. -In den Gasen und in den Flüssigkeiten findet der Vorgang während der Molekülstöße statt. -In den festen Körpern übermitteln die Atome ihre Schwingungen den Atomen, die sich in der Nähe befinden. *zusätzliches Material Wärmeausdehnung 1. Beispiele vom Alltag Wir sehen, wie eine Brücke gebaut ist. Sie hat Verbindungen (siehe das Bild unten) Warum? Was passiert mit dem Metall, wenn es kälter oder wärmer ist? Die Brücken haben spezielle Verbindungen, die ausdehnungsfähig sind. Sonst könnten sie sich durchbiegen. Beobachte, wie die Bahn gebaut wird. (Das Bild unten) Was sagen wir über die Leitungen der elektrischen Traktion? Elektrischer Draht auf dem Bild hängt ein bisschen unten, weil es sonniger Tag ist. Im Winter, wenn die Temperatur fällt, schrumpfen die Leitungen zusammen. Die Leitungen „brauchen ein zusätzliches Stückchen“ für sonnige Tage. Wenn es heiß ist, dehnen sich die Metalle aus. Wenn es kalt ist, schrumpfen die Metalle zusammen. 2. Das Experiment mit der Ausdehnung der Metalle Siehe das Experiment mit der Ausdehnung eines Stückchens Metall oder siehe den Film! Wenn wir die Anlage erwärmen, dehnt sich das Metall aus. Wir können die Länge mit einer Schraube korrigieren. Wenn wir mit dem Erwärmen aufhören, legen wir ein Stückchen Glas auf das Metall. Das Metall schrumpft sich zusammen und das Glas zerbricht. 3. Temperaturabhängigkeit-mathematische Beschreibung Wir versuchen berechnen, wie viel die Verlängerung des Metalls beträgt. a) Am Anfang hat das Metall die Länge L1 und die Temperatur T1. b) Wenn wir das Metall erwärmen, dehnt sich das Metall aus. Seine Länge beträgt L2 und die Temperatur T2. Temperaturänderung: ΔT= T2-T1 Längeänderung: Δ L= L2-L1 Die mathematische Beschreibung der Längeänderung: ΔL=αLΔT α ist der Koeffizient der linearen Ausdehnung. Der Koeffizient ist verschieden für verschiedenes Material. Ein paar Beispiele gibt es unten: Feste Körper Kupfer Aluminium Gold Stahl α [1/0C] * 10-5 1,7 2,4 1,4 1,2 Berechnen: Finde die gesamte Längeänderung der Brücke „Golden Gate Brücke“ in San Francisco. Die Länge der Brücke beträgt 2 700 m. Die Temperatur steigt von 5 0C morgens auf 25 0C mittags. Die Brücke wurde aus Stahl gebaut. Lösung: Von der Tabelle erfahren wir, wie viel der Koeffizient der linearen Ausdehnung für Stahl beträgt. α = 1,2 * 10-5 1/0C Wir verwenden die Gleichung: ΔL = αLΔT ΔT = 250C – 50C = 200C ΔL = αLΔT = 1,2 1/0C * 2700 m * 200C = 65 cm Das ist der Grund, warum die Bauverbindungen so wichtig sind! Aggregatzustände der Materie 1. Gasen, Flüssigkeiten und feste Körper 1.1 Beispiele vom Alltag a) Was bedeutet der Begriff „ der Aggregatzustand der Materie“? b) Welche Arten der Materie siehst du auf dem Bild unten? Auf dem Bild können wir drei Aggregatzustände finden. *Gas - Wasserdampf aus dem Teekessel *Flüssigkeit – Leitungswasser *fester Körper – Eiszapfen hinter dem Fenster 1.2 Model der Aggregatzustände Wir sehen die Moleküle in verschiedenen Aggregatzuständen (fester Körper, Flüssigkeit, Gas). In festen Körpern liegen die Moleküle sehr eng. In Flüssigkeiten haben die Moleküle mehr Platz. In Gasen können sich die Moleküle ganz locker bewegen. Alle Stoffe können ihren Aggregatzustand ändern. Das hängt von der Temperatur ab. Auf den Bildern unten kann man die Änderungen eines Gases sehen. Auf dem ersten Bild ist die Temperatur ziemlich hoch. Die Atome bewegen sich schnell und stoβen zusammen. Auf den Bildern b und c fällt die Temperatur. Die Atome bewegen sich immer langsamer. Währen der Stöβe bilden die Atome zuerst kleine Gruppen, dann immer gröβere. Auf dem Bild d sehen wir die Moleküle in Gruppen. Die Temperatur ist niedrig. Das Gas hat seinen Aggregatzustand geändert. Jetzt haben wir eine Flüssigkeit. Dieser Vorgang heißt Kondensation. 2. Allgemeines Schema der Änderung der Aggregatzustände Auf dem Schema gibt es die Möglichkeiten der Aggregatzustandänderung. Wärme und Arbeit Was machst du mit deinen Händen im Winter, wenn sie gefroren sind? Wir erinnern uns an das Experiment aus dem vorigen Modul- 4b „Aggregatzustände der Materie“. Das Experiment betrifft das Erwärmen von Eis. Das Eis verwendet sich ins Wasser, dann in den Wasserdampf. Die Energie, die man dem Eis zuführt hat auch noch weitere Folgen: *kinetische Energie der Moleküle steigt- die Moleküle bewegen sich schneller, die Temperatur steigt *potenzielle Energie der Moleküle steigt-die Bindungen wurden aufgebrochen und die Substanz ändert ihren Aggregatzustand Siehe das Bild unten! Wenn sich der Pumpenkolben nach unten bewegt, drücken die Luftmoleküle zusammen. Sie bewegen sich schneller, ihre kinetische Energie steigt, dann auch die innere Energie. Gas wird heißer. Wir können einen Körper zusammendrücken und er ist heißer. Der Vorgang ist leicht bei den Gasen zu führen, weil sie zusammendrückbar sind. Wir können die Kraft benutzen, um eine Arbeit an dem Gas zu machen. Wir führen die Energie zum Gas. Die Komprimierensarbeit kann man mit der Formel ausdrücken: W= Fx F- die Kraft der Kolbenverschiebung der Pumpe Jetzt kommt der Begriff der inneren Energie. Innere Energie U ist die Summe der kinetischen und potentiellen Energie aller Moleküle. Die Änderung der inneren Energie ist ΔU. Das erste Gesetz in der Thermodynamik Wie kann man die Arbeit in die Wärme verwandeln? Das historische Experiment von Joule Im Jahre 1850 hat James Prescott Joule (1818-1889) ein Experiment gemacht. Er hat bewiesen, dass Wärme dieselbe Energieform wie Arbeit ist. Er hat mechanisches Energieäquivalent Wärmeenergie gegenüber gemessen. Wie viel Joule entspricht einer Kalorie? Auf dem Bild kann man das Schema des Experiments von Joule sehen. Zwei auf der Leine hängende Gewichtsstücke drehen die Spaten um. Die Spaten mischen das Wasser. Während des Vorganges wird das Wasser wärmer. Mit dem Experiment von Joule wurde bewiesen, dass die Arbeit der Wärmeenergie entspricht. Das erste Gesetz in der Thermodynamik Die Zunahme der inneren Energie im System ergibt sich aus der Summe der gemachten Arbeit und der übermittelten Wärmeenergie. Unter Verwendung der mathematischen Beschreibung: ΔU = ΔQ – ΔW ΔU- die Änderung der inneren Energie ΔQ- die Änderung der Wärmeenergie ΔW- die Arbeitsänderung Bemerkung: Wenn wir über die vom System geleistete Arbeit sprechen, verwenden wir das Minuszeichen. Wenn wir über die am System geleistete Arbeit sprechen, verwenden wir das Pluszeichen. Die Gleichung können wir umbilden: ΔQ = ΔU + ΔW Schlussfolgerungen: • Wenn an der Anordnung die Arbeit gemacht wird und die innere Energie steigt, wird die Wärme von der Anordnung abgesondert. • Zusammenfassend: Nach dem ersten thermodynamischen Gesetz kann man nichts mehr von der Anordnung nehmen, als man zuführt. Das entspricht dem Gesetz der Energieerhaltung. Die Einheit der Arbeit ist Joule [J] 1 J = 1N 1m = kgm2/s2 Historische Einheit der Wärme ist die Kalorie [cal]. Die Kalorie die Menge der Wärmeenergie, die verursacht, dass die Temperatur von 1 g Wasser um 10 C steigt. Das mechanische Wärmeäquivalent: J =W/Q; 1 cal = 4,186 J Empirische Untersuchung des ersten thermodynamischen Gesetzes Wir machen ein Experiment mit einem Thermoergonometer, um das mechanische Wärmeäquivalent zu bestimmen. Thermoergonometer auf dem Bild unten: Wir drehen etwa 100-mal mit der Kurbel mit derselben Kraft, die mit einem Kraftmesser gemessen wird. Während der Drehung reiben die Buchse und die Schelle aneinander und verursachen die Reibungskraft. Sie erwärmen Petroleum im kalorimetrischem Becher. Nach 100 Drehungen messen wir die Temperatur der Flüssigkeit. In der Tabelle unten sind die Ergebnisse des Experiments gezeigt. Wir nehmen die Gleichung: ΔU = ΔQ + ΔW ΔU = 0, dann ΔW = -ΔQ i ׀ΔW/ΔQ1 = ׀ Zuerst berechnen wir die am System geleistete Arbeit: W = Fl2*3,14*100 = 314 J F- Reibungskraft, l- die Armlänge, n- Drehungszahl Dann berechnen wir die vom System erzeugte Wärmeenergie: Q = [m1cc + (m2 + m3)cg + m4cp](t2- t1) = 258,92 J m1 _-die Masse des Kalorimeters m2 + m3 –die Masse der aneinander reibenden Teile m4- die Masse des Petroleums cc- spezifische Wärme des Kalorimeters cg- spezifische Reibungswärme cp- spezifische Wärme des Petroleums t1-Anfangtemperatur t2-Endtemperatur m1=0,0072 kg m2+m3= 0,05 kg m4=0,01737 kg l= 0,425 m n= 100 F=1 N t1 = 22 0C t2 = 28 0C cc = 452 J/(0C kg) cg = 500 J/(0C kg) cp = 2100 J/(0C kg) Wir berechnen W/Q = 314/258,92 = 1,21 Man kann sehen, dass die am System geleistete Arbeit gleich groß wie die vom System abgegebene Wärme ist. (Der Messfehler macht etwa 20 % aus). Warum ist auch die Autokarosserie, und nicht nur der Automotor nach der Fahrt warm? Warum brauchen große Motoren, zum Beispiel in Lastwägen, kaltes Wasser, um sicher und gut zu arbeiten? Wärmekraftmaschinen *Die Wärmekraftmaschine umwandelt die Wärmeenergie in die Arbeit. *Es gibt viele Arten der Wärmekraftmaschinen: Wärmekraftmaschinen in Rasenmähern, Dieselmotoren in Lastwägen oder Dampfturbinen in Kraftwerken. *Alle genannten Wärmekraftmaschinen arbeiten nach demselben Muster. Sie geben Wärmeenergie an die Flüssigkeit ab. Die Flüssigkeit verbraucht einen Teil der Energie, um mechanische Arbeit zu leisten. Die Energieerhaltung bei den Wärmekraftmaschinen kann wie folgt angegeben werden: Zugeführte Wärmeenergie = Arbeit + abgesonderte Wärmeenergie Oder Arbeit = zugeführte Wärmeenergie – abgesonderte Wärmeenergie Die Wärmekraftmaschine nimmt die Wärme von dem Becher mit hoher Temperatur (Verbrennen des Brennstoffes), Tc. Ein Teil der Wärme wird in die Arbeit umgeformt. Der Rest geht in den Becher mit kleiner Temperatur über, Tz. Der historische Heronmotor Auf dem Bild wird ein Model des Motors gezeigt. Der Motor wurde Heronmotor genannt. Der Motor wurde von Heron (etwa 150 Jahre vor unserer Zeitrechnung) in Alessandria (Ägypten) erfunden. Die Kurbel hängt auf einer Leine, und kann sich drehen. Wenn das Wasser siedet, Wasserdampf kommt aus zwei Rohren, die entgegengesetzt sind. Die Kurbel dreht sich und macht gleichzeitig die Arbeit. Energiequellen Welche Energiequelle ist ökologischer: Kohle oder Sonne? Begründe deine Auswahl! 1. Fossile Quellen: Kohle, Erdöl und Erdgas. Ökologische Probleme! Die in den Kraftwerken und Automotoren verbrennenden Brennstoffe verschmutzen die Atmosphäre mit schädlichen Gasen. Schwefeldioxid und Kohlendioxid verursachen den sauren Regen. Atombrennstoffe: Uran Radioaktive Abfallstoffe, die eine lange Zerfallszeit haben, stellen ein schwieriges Umweltproblem dar. 2. Wiedergewonnene Energiequellen: Windenergie: Die großen Windturbinen treiben elektrische Generatoren an. Sonnenenergie: Spiegel benutzt man, um Sonnenenergie zu fangen. Gezeitenenergie und Wasserkraftwerke Die Gravitationsanziehung zwischen der Sonne und dem Mond verursacht eine Aufwölbung des Meereswassers auf der Erdoberfläche.Während der Erdumdrehung kommt es zur Ausbildung der Gezeiten Ebbe und Flut. Geothermische Energie Das Wasser wird durch heiße Gesteine, die ein paar Kilometer unter der Oberfläche liegen, erwärmt. Biomasse Schnell wachsende Pflanzen kann man als Brennstoff benutzen. Diese Art der Energie verschmutzt die Natur nicht und man kann sie nicht aufbrauchen. Die Energiequellenausnutzung in der Welt Erdöl – 40 % Kohle – 28 % Erdgas – 23 % Kernbrennstoffe –7 % Wasserkraftwerke – 2 % Wie wir schon wissen, kommen über 90 % der von uns verwendeten Energie aus nicht erneuerbaren Energiequellen. Wie kann man Energie im Alltag sparen? Wärmeisolierung eines Hauses Heiße Körper besitzen viel innere Energie. Wir haben schon bemerkt, dass die Energie leicht von dem wärmeren zu dem kälteren Körper übergeht. Die Möglichkeiten sind: Leitung, Konvektion, Strahlung. Wenn wir die Energie sparen wollen, sollen wir vor der Energieverbreitung schützen. Um die Energieverluste zu beschränken, wenden wir Energiesparmaßnahmen an. Siehe unten! Technologie Dicke Vorhänge, keine Luftzüge Wie wirkt das? Schützt vor der kalten Luft oder vorVerlust der warmen Luft Isolierende Materialien auf dem Schützt vor Wärmeverlust durch Dachgeschoss und unter dem Fußboden Fußboden und Decke Fenster mit zwei oder drei Vakuum zwischen Scheiben schützt Scheibeschichten vor Wärmeverlust infolge Wärmeleitung oder Konvektion Spaltemauer Schützt vor Wärmeverlust durch die Wände Isolierender Schaum oder Mineralwolle Beschränkt Wärmeverluste durch in der Spaltemauer Mauerspalten Zusammenfassung 1. Wärme ist der Vorgang der Energieströmung zwischen Körpern von verschiedenen Temperaturen. Es kommt zu Molekülstößen. 2. Temperatur ist eine physikalische Größe, die die kinetische Energie der Fortbewegung der Moleküle angibt. 3. Temperaturskalen a. Kelvinskala – absolute Temperaturskala. Von 00 Kelvin spricht man, wenn die kinetische Energie der Moleküle auf Null sinkt. Der Gefrierpunkt von Wasser liegt bei 273 K. Der Siedepunkt von Wasser liegt bei 373 K. b. Celsiusskala – Der Gefrierpunkt von Wasser liegt bei 00C. Der Siedepunkt von Wasser liegt bei 1000C. c. Fahrenheitskala – Der Gefrierpunkt von Wasser liegt bei 320F. Der Siedepunkt von Wasser liegt bei 2120C. 4. Leitung – Die Wärmeströmung ist eine Folge der Wechselwirkung zwischen Molekülen. Sie betrifft besonders die festen Körper. 5. Konvektion – Die Wärmeströmung findet als Masseströmung statt. Sie findet in Gasen und Flüssigkeiten statt. 6. Strahlung – Wärmeströmung als Infrarot. 7. Thermische Ausdehnung – Wenn die Temperatur steigt, dehnt sich das Metall aus. Wenn die Temperatur fällt, zieht sich das Metall zusammen. Die mathematische Beschreibung der Erscheinung kann mit der folgenden Formel erfolgen. ΔL = αLΔT 8. Die Änderung des Aggregatzustandes – Das ist der Übergang von einem zu einem anderem Aggregatzustand. Zum Beispiel vom festen zum flüssigen, oder vom flüssigen zum gasförmigen. 9. Innere Energie, U – Das ist die Summe der kinetischen und potentiellen Energie der sich bewegenden Moleküle eines Körpers. 10. Das erste thermodynamische Gesetz – Die Zunahme der inneren Energie ist die Summe aus der am System geleisteten Arbeit und der zugeführten Wärme. Das kann mam mit der Energieerhaltung in thermodynamischen Systemen ausdrücken. ΔU = ΔQ – ΔW 11. Wärmekraftmaschine – eine Anlage, die thermische Energie in Arbeit umwandelt. Testfragen: 1. Temperatur ist: a. Wärmemessung b. Tägliche Messung der Wärme und der Kälte c. Funktion der kinetischen Energie der Fortbewegung der Moleküle d. Antwort b und c 2. Wäre die Temperatur bei der Wettervorhersage in der Celsiusskala dieselbe, wie in der Fahrenheitskala? 3. Wenn du im Winter aus dem Haus gehst, kommt die Kälte ins Haus, oder geht die Wärme nach drauβen? 4. Die meisten Substanzen dehnen sich bei Temperaturerhöhung aus. Erkläre das und berücksichtige die kinetische Molekültheorie! 5. Wenn du Apfelkuchen ist, bemerkst du, dass der Kuchen nur etwas warm ist, aber die Äpfel heiß sind. Warum? 6. Warum benutzt man Wasser, um die Sonnenenergie zu Hause zu speichern? 7. Warum ist Stoff ein gut isolierendes Mittel? Erkläre das und berücksichtige die kinetische Molekültheorie! 8. Warum frieren die Wasserleitungsrohre erst dann ein, wenn es draußen längere Zeit sehr kalt ist? 9. Wenn deine Haut heiß ist, dehnen sich die Blutgefässe aus. Wenn deine Haut kalt ist, ziehen sich die Blutgefässe zusammen. Warum? 10. Warumsieden manche Flüssigkeiten schneller als andere? 11. Menschen, die in heißen Regionen wohnen, tragen oft Wasser in einer Zeltstofftasche. Die Tasche bleibt feucht. Warum? Die Leute hängen die Taschen an ihr Auto oder an Lastkraftwägen. 12. Nach dem ersten thermodynamischen Gesetz, wenn Wärme einem System zugeführt wird, wird sie in: a. Die Temperatur b. Die Arbeit c. innere Energie d. die Arbeit und/oder innere Energien umwandelt. 13. Seit Millionen Jahren wird die Erde von der Sonnenstrahlung erwärmt. Ihre Temperatur bleibt aber konstant. Warum? 14. Auf der Glaswand der Thermosflasche gibt es eine dünne Silberschicht, um den Wärmeverlust zu reduzieren. Auf welche Art und Weise: a. Konvektion b. Verdunstung c. Leitung d. Strahlung 15. Nenne ein paar Vorteile und Nachteile nicht erneuerbarer Brennstoffe!
