Gibt an, wie groß die mittlere Bewegungsenergie der Teilchen eines Körpers ist. Ist ein Maß für die thermische Energie.
T
Kelvin
1 K
Thermometer
Wärme
Q
Joule,
1 J
Uhr
Gibt an, wieviel thermische Energie zwischen zwei Körpern ausgetauscht wird. (Energie auf Wanderschaft)
spezifische Wärmekapazität
c
Joule je Kilogramm und Kelvin
Gibt an, welche Wärme zugeführt oder abgegeben wird, um die Temperatur eines Kilogramms eines Stoffes um 1 K zu ändern.
Druck
p
Pascal,
1 Pa
Barometer
Gibt an, wie groß die Kraft auf eine bestimmte Fläche ist.
Volumen
V
Kubikmeter, Liter,
Messzylinder
Gibt an, wieviel Raum ein Körper einnimmt.
2. Formeln und Gesetze
3. Zusammenhänge
Temperaturverhalten
Die Temperatur ist ein Maß für die mittlere kinetische Energie der Teilchen eines Stoffes. Je höher die Temperatur, um so schneller schwingen die Teilchen und um so mehr Platz beanspruchen sie. Bei Temperaturerhöhung dehnen sich die meisten Stoffe aus.
Wasser macht eine Ausnahme: kühlt man Wasser ab, zieht es es sich bis 4°C zusammen, dehnt sich dann aber wieder aus. Wasser hat bei 4°C seine größte Dichte.
Ein Körper lässt sich solange abkühlen, bis die Teilchen nicht mehr schwingen. Diese niedrigste Temperatur ist für alle Stoffe gleich und heißt absoluter Nullpunkt. Er liegt bei -273,15 °C = 0 K.
Temperaturskalen
Es gibt verschiedene Temperaturskalen. Sie unterscheiden sich hauptsächlich in der Festlegung der Fixpunkte.
Celsius-Temperatur
Fahrenheit-Temperatur
Kelvin-Temperatur
unterer Fixpunkt
0°C = Schmelzpunkt des Wassers
0°F = Salz-Eis-Gemisch = -17,8 °C
0 K = absoluter Nullpunkt, Wärmebewegung der Teilchen hat aufgehört.
oberer Fixpunkt
100°C = Siedepunkt des Wassers
100°F =Körpertemperatur des Menschen = 37,8 °C
keinen, aber es gilt:
273,15 K = 0 °C.
Temperaturunterschiede: 1 K = 1 °C
Gasgesetze
Der Zustand eines Gases kann durch die drei Größen Druck, Volumen und Temperatur beschrieben werden. Lässt man jeweils eine Größe konstant, gelten zwischen den anderen beiden folgende Zusammenhänge:
Name
Gesetz
Beispiel
Boylsches Gesetz:
Bei konstanter Temperatur sind Druck und Volumen zueinander umgekehrt proportional.
Presst man einen Luftballon zusammen, erhöht sich im Ballon der Druck.
Gesetz von Amontos
Bei konstantem Volumen sind Druck und Temperatur zueinander proportional.
Wird eine Spraydose in die Sonne gelegt, bleibt ihr Volumen gleich, die Temperatur erhöht sich und der Druck wird größer.
Gesetz von Gay-Lussac:
Bei konstantem Druck sind Volumen und Temperatur zueinander proportional.
Erwärmt sich in einem Zimmer die Luft, erhöht sich das Volumen der Luft und strömt durch alle möglichen Öffnungen (z.B. Schlüsselloch) nach außen.
Aggregatzustandsänderungen
In der Thermodynamik werden 3 Aggregatzustände unterschieden: fest, flüssig und gasförmig.
Bezeichnung
Übergang
Schmelzen
fest -> flüssig
Verdampfen
flüssig -> gasförmig bei Siedetemperatur
Verdunsten
flüssig -> gasförmig unter der Siedetemperatur
Kondensieren
gasförmig -> flüssig
Erstarren
flüssig -> fest
Sublimieren
fest -> gasförmig
Resublimieren
gasförmig -> fest
Ändert ein Stoff seinen Aggregatzustand, ist für diesen Übergang Energie notwendig. Diese Energie erhöht nicht die Temperatur des Stoffes, sondern dient allein zum Verändern der Teilchenanordnungen.
Wärmeübertragung
Wärme kann auf drei verschiedene Arten von einem Körper auf einen anderen übertragen werden:
Art
Erklärung
Wärmeströmung
Ein flüssiger oder gasförmiger Stoff transportiert die Wärme, indem er selbst den Ort wechselt.
Beispiel: An heißen Heizkörpern strömt die Luft vorbei und transportiert die Wärme ins Zimmer
Wärmeleitung
In einem Stoff breitet sich die Wärme aus, ohne das der Stoff seinen Ort wechselt. Die Energie wird durch die Teilchenbewegung weitergeleitet.
Beispiel: Die Wärme des Herdes wird durch Leitung durch den Topf auf den Inhalt übertragen.
Wärmestrahlung
Wärme wird ohne einen Stoff durch elektromagnetischen Wellen (Infrarotstrahlung) übertragen.
Beispiel: Sitzt man an einem Lagerfeuer, spürt man die Wärme des Feuers durch die Strahlung.
Temperatur und Wärme
Aufgabe: Klicke bei jeder Frage die richtige Lösung an, es kann immer nur eine sein. Überprüfe danach
die Eingaben.
1. Wenn man im Winter einen Körper aus Holz und einen Körper aus Metall anfäßt, die lange Zeit draußen waren, fühlt sich der Metallkörper deutlich kälter an. Woran liegt das?
Chemische Reaktionen erwärmen das Holz von innen heraus. Deshalb ist organische Materie immer wärmer.
Metall leitet die Wärme aus der Hand besser als Holz weg. Deshalb scheint das Metall kälter.
Metall hat eine kleinere Wärmekapazität und hat wirklich eine geringere Temperatur.
2. Bei welchem Vorgang wird Wärme durch Wärmeleitung übertragen?
Wärmeübertragung zwischen einer elektrischen Herdplatte und dem Topf.
Wärmeübertragung vom Ofen zum Heizkörper durch eine Warmwasserheizung.
Wärmeübertragung von einem Teelicht zur darüber stehenden Kaffekanne.
3. Welches sind die beiden Fixpunkte bei der Celsius-Skala?
Die Temperatur einer Kältemischung und die Körpertemperatur des Menschen.
Die Schmelztemperatur von Quecksilber und die Siedetemperatur von Quecksilber.
Die Temperatur von Eiswasser und die Temperatur von siedenden Wasser.
4. Weihnachten werden Pyramiden durch brennende Kerzen in Bewegung versetzt. Welcher Vorgang der Wärmeübertragung bewirkt das?
Wärmestrahlung
Wärmeleitung
Wärmeströmung
5. Ein Gas wird abgekühlt und geht über den flüssigen in den festen Aggregatzustand über. Welche Reihenfolge ist richtig?
Verdunsten -> Erstarren
Kondensieren -> Resublimieren
Kondensieren -> Erstarren
6. Welcher Zusammenhang besteht bei einem idealen Gas zwischen dem Volumen und der Temperatur bei konstantem Druck?
Volumen und Temperatur sind zueinander proportional.
Volumen und Temperatur sind zueinander umgekehrt proportional.
Das Volumen entspricht immer der Temperatur.
7. Was beschreibt die physikalische Größe Wärmemenge Q?
Die Wärmemenge gibt an, wieviel thermische Energie notwendig ist, um die Temperatur eines Körpers zu ändern.
Die Wärmemenge gibt an, wie warm oder kalt ein Körper ist.
Die Wärmemenge gibt an, wieviel thermische Energie ein Körper mit einer bestimmten Temperature enthält.
8. Wird ein fester Körper aus Aluminium erwärmt, dehnt er sich aus. Wie läßt sich diese Volumenvergrößerung erklären?
Bei einer Temperaturerhöhung bewegen sich die Teilchen stärker, benötigen dadurch mehr Platz und der Körper nimmt einen größeren Raum ein.
Bei Temperaturerhöhung dehnen sich die Atome, aus denen der Körper besteht aus und nehmen einen größeren Raum ein.
Die Abstände zwischen den Teilchen dehnen sich aus.
9. Der Übergang flüssig -> gasförmig wird als Verdunsten und Verdampfen bezeichnet. Worin besteht der Unterschied zwischen Verdunsten und Verdampfen?
Verdampfen: erfolgt bei Wärmezufuhr,
Verdunsten: geht von alleine
Verdampfen: erfolgt bei der Siedetemperatur,
Verdunsten: erfolgt unterhalb der Siedetemperatur
Da gibt es keinen Unterschied.
10. Was versteht man unter der Anomalie des Wassers?
Wasser hat bei 4°C seine größte Dichte.
Wasser dehnt sich beim Abkühlen bis auf 4°C aus um sich dann wieder auszudehnen.