Schriftliche Abschlussprüfung Physik 2000/2001

Aufgabe 6 Thermodynamik

Aufgabe 6 Thermodynamik

6.1      Eine Wärmflasche wird mit heißem Wasser gefüllt. Das Wasser hat die Masse 1,5 kg und die Temperatur 75 °C. Im Bett kühlt sich das Wasser auf die Körpertemperatur des Menschen, auf 37 °C, ab.

6.1.1  Berechnen Sie die vom Wasser abgegebene Wärme.

6.1.2 Die Wärmflasche soll durch einen heißen Stein ersetzt werden, dessen spezifische Wärmekapazität 0,8 beträgt. Er gibt bei gleicher Anfangs- und Endtemperatur die gleiche Wärme wie das Wasser ab.
Berechnen Sie die Masse des Steines.

Für 6. 1.1 bis 6.1.2 erreichbare BE: 6

6.2      Heiße Getränke können in einer Isolierkanne (Thermosgefäß) warm gehalten werden.

6.2.1 Beschreiben Sie den Aufbau eines solchen Gefäßes.

6.2.2 Erläutern Sie, wie dabei die Wärmeübertragung an die Umgebung vermindert wird.

Für 6.2.1 bis 6.2.2 erreichbare BE: 5

6.3      Ein Stahlbandmaß zeigt die "richtige" Länge bei der Temperatur 20 °C an.
Wie wirken sich höhere Temperaturen auf das Messergebnis aus?
Begründen Sie!

Für 6.3 erreichbare BE: 2

6.4      Wasser liegt zunächst bei -5 °C in Form von Eis vor. Es wird auf 50 °C erwärmt.

6.4.1 Beschreiben Sie die bei der Erwärmung von -5 °C bis 50 °C ablaufenden physikalischen Vorgänge.

6.4.2 Skizzieren Sie den zu erwartenden Temperaturverlauf in einem Temperatur - Zeit - Diagramm.

Für 6.4.1 bis 6.4.2 erreichbare BE: 6

6.5      Dieselmotoren werden wegen ihres geringeren Kraftstoffverbrauches immer häufiger in PKWs verwendet.

6.5.1 Geben Sie die Energieumwandlungen im Dieselmotor an.

6.5.2 Benennen Sie vier von den in der Skizze gekennzeichneten Teilen des Dieselmotors.

Lösung Aufgabe 6 Thermodynamik
(Bitte beachten Sie den Hinweis am Ende der Seite)

Aufgabe 6.1

6.1.1. Ges.: Q
geg.: m = 1,5 kg; u₁ = 75°C; u₂ = 37 °C

Lösung:

Die vom Wasser abgegebene Wärme beträgt rund 240 kJ.

6.1.2 ges.: m
geg.: DT = 38 K; c = ; Q = 239 kJ

Lösung:

(Bei der Berechnung mit dem genaueren Wert Q = 238,6 kJ ergibt sich eine Masse von 7,85 kg.)

Die Masse des Steines muss rund 8 kg betragen.

Aufgabe 6.2

6.2.1 Ein Thermosgefäß besteht aus einem doppelwandigem Glasgefäß, dessen Flächen verspiegelt sind. Der sich zwischen den Wandungen des Glasgefäßes befindliche Hohlraum wurde evakuiert, dort befindet sich (fast) ein Vakuum.

6.2.2 Wärme kann durch Wärmeleitung, Wärmestrahlung oder Wärmeströmung übertragen werden.

Das Thermosgefäß besteht aus Glas. Glas ist ein schlechter Wärmeleiter, daher erfolgt kaum Wärmeleitung
Da der Hohlraum des Thermosgefäßes mit Vakuum gefüllt ist, kann dort auch keine Wärmeströmung auftreten.
Die Flächen des Thermosgefäßes sind verspiegelt, daher wird auch die Wärmestrahlung minimiert.

Aufgabe 6.3

Das Messergebnis wird ungenau.
Bei höheren Temperaturen dehnt sich das Stahlbandmaß aus, also wird, genau genommen, die gemessene Länge zu gering sein.

Aufgabe 6.4

6.4.1 Im Temperaturbereich von -5°C bis 0°C wird das Eis erwärmt, die Temperatur steigt kontinuierlich an.
Erreicht das Eis die Temperatur von 0°C, steigt diese trotz weiterer Wärmezufuhr nicht mehr an, das Eis schmilzt.
Erst wenn das gesamte Eis geschmolzen ist, steigt die Temperatur dann weiter kontinuierlich an, bis 50°C erreicht sind.

6.4.2

Aufgabe 6.5

6.5.1 E_chem ® E_therm ® E_kin

6.5.2

Die vorliegenden Lösungen sind Musterlösungen von Henri Schönbach, 83. Mittelschule, und , Georg-Schumann-Schule in Leipzig, und keine offiziellen Lösungen des Sächsischen Staatsministeriums für Kultus.Herzlicher Dank gilt Herrn Dr. Liebau und Frau Ines Stiller, die die vorliegenden Lösungen begutachteten.  Die Autoren garantieren nicht für die Vollständigkeit und Richtigkeit der vorliegenden Lösungen. In Klammern stehende und kleiner gedruckte Lösungen betrachten die Autoren auch als möglich bzw. sind als Kommentar gedacht. Wir freuen uns über jeden Hinweis zur Verbesserung dieser Musterlösungen. Bitte senden Sie uns eine Email, Betreff: Prüfung 2001

Alle Lösungen auf einen Blick