2 1 v vm - Gymnasium Lauf

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Grundwissen Physik 8. Jahrgangsstufe
Christoph-Jacob-Treu-Gymnasium Lauf
(Juli 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
am größten
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 = 2Hubweg
„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
...
0
0
Grundwissen Physik 8. Jahrgangsstufe
Christoph-Jacob-Treu-Gymnasium Lauf
Wissen und Können
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
0
0
Wasser hat bei 4 C seine größte Dichte, d.h. es nimmt bei 4 C
sein geringstes Volumen ein.
Wissen und Können
Anwendungen, Beispiele
Celsius- und Kelvinskala
tiefste Temperatur: 0 K
̂ -273,15 0C
Innere Energie und spezifische Wärmekapazität
Temperatur
Ei = cm, 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
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 .
Die Spannung U ist Ursache für den elektrischen Strom I. Je höher U ist, desto größer ist die
Stromstärke, die sie im gleichen Bauteil hervorruft.
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 
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
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