Öffnen Lösungen PDF – Physik Wärmelehre
Übung 1: Wärmeübertragung
Gegeben sind drei verschiedene Situationen der Wärmeübertragung. Ordnen Sie die jeweilige Wärmeübertragung der richtigen Situation zu:
- Eine Person hält ihre Hände über eine Kerze und spürt die Wärme.
- Ein Topf mit Wasser auf einem Herd erhitzt sich und das Wasser beginnt zu kochen.
- Ein Eiswürfel schmilzt in einem Glas Wasser.
| Situation | Wärmeübertragung |
|---|---|
| 1 | Konvektion |
| 2 | Wärmeleitung |
| 3 | Wärmeübertragung durch Schmelzen (latente Wärme) |
Übung 2: Wärmeausdehnung
Ein Stahlstab hat eine Länge von 1 m bei 20°C. Wie lang ist der Stahlstab bei 100°C, wenn der Ausdehnungskoeffizient des Stahls 1,2 x 10^-5 K^-1 beträgt?
Lösung:
Die Längenänderung des Stahlstabs ergibt sich aus der Formel:
ΔL = α · L · ΔT
α = 1,2 x 10^-5 K^-1 (Ausdehnungskoeffizient des Stahls)
L = 1 m (Ausgangslänge des Stahlstabs)
ΔT = 100°C – 20°C = 80°C (Temperaturdifferenz)
ΔL = 1,2 x 10^-5 K^-1 · 1 m · 80°C = 0,0096 m
Die Endlänge des Stahlstabs beträgt:
Lend = L + ΔL = 1 m + 0,0096 m = 1,0096 m
Übung 3: Wärmekapazität
Ein Würfel aus Aluminium hat eine Masse von 500 g und eine spezifische Wärmekapazität von 0,9 J/(g·K). Wie viel Energie wird benötigt, um den Aluminiumwürfel von 20°C auf 80°C zu erwärmen?
Lösung:
Die benötigte Energie ergibt sich aus der Formel:
Q = m · c · ΔT
m = 500 g (Masse des Aluminiumwürfels)
c = 0,9 J/(g·K) (spezifische Wärmekapazität von Aluminium)
ΔT = 80°C – 20°C = 60°C (Temperaturdifferenz)
Q = 500 g · 0,9 J/(g·K) · 60°C = 27.000 J
Es werden 27.000 J Energie benötigt, um den Aluminiumwürfel von 20°C auf 80°C zu erwärmen.
Die Wärmelehre ist ein wichtiger Teilbereich der Physik, der sich mit der Übertragung von Wärmeenergie beschäftigt. In der 7. Klasse werden Schülerinnen und Schüler bereits mit grundlegenden Aufgaben und Lösungen vertraut gemacht, um ihre Kenntnisse in diesem Bereich zu vertiefen. In diesem Blogbeitrag werden wir einige dieser Aufgaben genauer betrachten und Lösungen vorstellen.
Übungsaufgabe 1
Ein Metallstab mit einer Länge von 50 cm und einer Querschnittsfläche von 2 cm² wird auf einer Seite erhitzt. Nach einer gewissen Zeit hat sich die Temperatur des Stabes um 30°C erhöht. Wie groß ist die Wärmemenge, die während dieser Zeit auf den Stab übertragen wurde?
Lösung:
Zur Berechnung der Wärmemenge benötigen wir die Formel Q = c · m · ΔT, wobei Q die Wärmemenge, c die spezifische Wärmekapazität des Materials, m die Masse und ΔT die Temperaturdifferenz ist. Da wir die Masse des Stabes nicht kennen, können wir diese durch die Dichte ρ und das Volumen V berechnen: m = ρ · V = ρ · L · A, wobei L die Länge und A die Querschnittsfläche des Stabes ist.
Die spezifische Wärmekapazität von Metall beträgt in der Regel etwa 0,5 J/(g·K). Die Dichte von Metall kann je nach Art variieren, nehmen wir hier jedoch eine typische Dichte von 8 g/cm³ an. Somit ergibt sich:
m = 8 g/cm³ · 50 cm · 2 cm² = 800 g
Die Temperaturdifferenz beträgt ΔT = 30°C.
Jetzt können wir die Wärmemenge berechnen:
Q = c · m · ΔT = 0,5 J/(g·K) · 800 g · 30°C = 12.000 J = 12 kJ
Die Wärmemenge, die während dieser Zeit auf den Stab übertragen wurde, beträgt somit 12 kJ.
Übungsaufgabe 2
Ein Glas Wasser mit einer Masse von 200 g wird von 20°C auf 70°C erhitzt. Wie groß ist die Wärmemenge, die hierfür benötigt wurde?
Lösung:
Um die Wärmemenge zu berechnen, nutzen wir wieder die Formel Q = c · m · ΔT. Da es sich hierbei um Wasser handelt, nutzen wir die spezifische Wärmekapazität von Wasser, die etwa 4,2 J/(g·K) beträgt.
Die Masse des Wassers beträgt 200 g und die Temperaturdifferenz beträgt ΔT = 70°C – 20°C = 50°C.
Jetzt können wir die Wärmemenge berechnen:
Q = c · m · ΔT = 4,2 J/(g·K) · 200 g · 50°C = 42.000 J = 42 kJ
Die Wärmemenge, die benötigt wurde, um das Glas Wasser von 20°C auf 70°C zu erhitzten, beträgt somit 42 kJ.
Zusammenfassung
In diesem Blogbeitrag haben wir uns mit grundlegenden Aufgaben und Lösungen zur Wärmelehre in der 7. Klasse beschäftigt. Wir haben gesehen, dass zur Berechnung der Wärmemenge die spezifische Wärmekapazität, die Masse und die Temperaturdifferenz benötigt werden. Es ist wichtig, diese Grundlagen zu beherrschen, um weiterführende Aufgaben lösen zu können.
| Nützliche Formeln | Bedeutung |
|---|---|
| Q = c · m · ΔT | Wärmemenge |
| m = ρ · V | Masse |
- Die Wärmelehre beschäftigt sich mit der Übertragung von Wärmeenergie.
- Zur Berechnung der Wärmemenge benötigt man die spezifische Wärmekapazität, die Masse und die Temperaturdifferenz.
- Grundlegende Aufgaben zur Wärmelehre in der 7. Klasse beziehen sich oft auf die Erhitzung von Materialien oder Flüssigkeiten.