Schriftliche Abschlussprüfung Physik 1999/2000
Aufgabe 5 Thermodynamik (Wahlaufgabe)
5.1 Schülerexperiment
Aufgabe: Bestimmen Sie die Wärme, die beim Mischen zweier Wassermengen mit unterschiedlicher Temperatur abgegeben bzw. aufgenommen wird.
Vorbereitung
1. Geben Sie die Gleichung zur Berechnung der Wärme an.
Benennen Sie die darin enthaltenen physikalischen Größen.
2. Bauen Sie den Versuch auf. Verwenden Sie 100g kaltes und 100g heißes Wasser. (1ml Wasser hat die Masse 1g)
Durchführung: 1. Ermitteln Sie die Anfangstemperaturen beider Wassermengen. Notieren Sie Ihre Ergebnisse.
2. Geben Sie das
heiße in das kalte Wasser.
Ermitteln Sie die Mischungstemperatur und notieren Sie diese.
Auswertung: 1 . Berechnen Sie die vom heißen Wasser abgegebene Wärme.
2. Berechnen Sie die vom kalten Wasser aufgenommene Wärme.
3. Vergleichen Sie
die Ergebnisse.
Nennen Sie einen Grund für die möglicherweise auftretende Abweichung.
5.2 Wärmeübertragung
5.2.1 In einer Kühlbox mit Kühlakku bleiben Lebensmittel längere Zeit kalt.Nennen Sie zwei Ursachen dafür.
5.2.2 Wärmedämmung
wird beim Hausbau heute gesetzlich vorgeschrieben. Begründen Sie die Notwendigkeit der
Wärmedämmung am Haus.
Nennen Sie drei Maßnahmen, durch die Wärmedämmung am Haus erreicht werden kann.
5.2.3 Begründen Sie die besondere Eignung von Wasser für Heizungsanlagen.
5.3 Energieumwandlungen
5.3.1 Zum Erwärmen
von Wasser werden oft elektrische Warmwasserbereiter benutzt.
Geben Sie die bei diesen Geräten auftretende Energieumwandlung an.
5.3.2 Ein solches
Gerät besitzt die elektrische Leistung 1200 W. Vom Wasser werden in einer Minute 66 kJ
Wärme aufgenommen.
Berechnen Sie den Wirkungsgrad dieses Gerätes.
Lösung
Wahlaufgabe 5 Thermodynamik
(Bitte
beachten Sie den Hinweis am Ende der Seite)
5.1 Vorbereitung:
1. Q = c · m · DT
Q Wärme
c spezifische Wärme
m Masse
DT Temperaturänderung
Durchführung:
| Anfangstemperatur kaltes Wasser in °C |
Anfangstemperatur heißes Wasser in °C | Mischungstemperatur in °C |
| 20,5 | 87 | 50 |
Auswertung:
1. Vom heißen Wasser abgegeben Wärme:
2. Vom kalten Wasser aufgenommene Wärme:
3. Die vom heißen Wasser abgegebene Wärme ist größer als die vom kalten Wasser
aufgenommene Wärme.
Grund: Das Glas nimmt Wärme des heißen Wassers auf, Wärme wird an die Umgebung
abgegeben.
5.2.1 a)
Wärmeisolierung der Kühlbox
b) Die Kühlakkus nehmen über längere Zeit noch Wärme auf, da ihre Temperatur geringer
als die der Lebensmittel ist.
5.2.2 Wärmedämmung
ist notwendig, um
- zu verhindern, dass Wärme an die Umgebung abgegeben wird,
- Heizkosten zu sparen
- den CO2 - Ausstoß zu vermindern und damit die Umwelt zu schonen.
Maßnahmen:
1. Wärmeisolierung des Hauses (außen)
2. Einbau dicht schließender Fenster
3. Verwendung wärmeisolierender Baumaterialien
5.2.3 Wasser
wird in Heizungsanlagen auf Grund folgender Vorteile benutzt:
- Billig
- Gefahrlos
- Leicht zu beschaffen
- Hohe spezifische Wärmekapazität, damit kann Wasser viel Wärme speichern, gibt diese
langsam ab.
5.3.1 Eel ® Etherm
5.3.2 geg.: Pel = 1200
W
t = 1 min
Q = 66 kJ
ges.: h
Lösung:
Der Wirkungsgrad des Gerätes beträgt etwa 92%.
Hinweis: Die vorliegenden Lösungen sind Musterlösungen des jeweiligen Autors und keine offiziellen Lösungen des Sächsischen Staatsministeriums für Kultus. Der Autor garantiert nicht für die Vollständigkeit und Richtigkeit der vorliegenden Lösung.
Herzlichen Dank an meine Kollegin Ines Stiller, die diese Lösungen kritisch begutachtete.