Big Bang 3, Schulbuch

113 29 Lösungen Kapitel 16 A2  In B 29.1 siehst du einen Eierschalensollbruchstellen- verursacher. Eine Sollbruch- stelle ist eine Stelle, die absichtlich brechen soll. Durch das Heben besitzt die kleine Kugel ein wenig Hebeenergie, die beim Fallen zunächst in Bewegungsener- gie umgewandelt wird und dann die Eischale brechen lässt. A4  Auf Nahrungsmitteln ist die chemische Energie (der Brennwert) in Kilojoule (1 kJ = 1000 J) und Kilokalorien (1 kcal = 1000 cal) angegeben. Die Umrechnung lautet 1 kcal = 4,2 kJ. Die Einheit Kalorien ist veraltet und sollte eigentlich seit etwa 1975 nicht mehr verwendet werden. Aber die Menschen gewöhnen sich nicht gerne um … A11  Im Alltag werden oft Flüssigkeits-Thermometer verwendet. Dabei dehnt sich gefärbter Alkohol aus und klettert ein Röhrchen hinauf. Auch das Glas dehnt sich ein wenig, aber weniger als die Flüssigkeit. Sonst würde dieses Thermometer nicht funktionieren. A14  Wenn 700PS 515 kW entsprechen, dann ist 1 PS gleich 515 kW/700 = 0,736 kW, wenn man auf drei Kommastellen rundet. A20  Die Hebeenergie hängt von der Größe der Masse und von ihrer Höhe ab. Für die Energien in B 16.33 gilt daher a < b < c. Deshalb wird das Plastilin im letzten Fall am stärksten platt gemacht. A21  Die Bewegungsenergie des Balles wird in elastische Verfor- mungsenergie umgewandelt und dann geht es wieder retour. Es ist ähnlich wie beim Aufprall des Basketballes in B 16.13 c ( S. 8 ) – nur ein bisschen heftiger! A22  Die chemische Energie deiner Arm- und Fingermuskel wird in elastische Verformungsenergie umgewandelt, die dann im Gummiband steckt. Beim Abschuss wird diese wiederum in Bewegungsenergie des U-Hakerls umgewandelt. A23  Je höher die Temperatur, desto heftiger die Teilchenbewe- gungen. Aus diesem Grund wird Kochwäsche sauberer. Dann ist nämlich die Wärmebewegung der Wassermoleküle heftiger und diese können den Schmutz besser lösen ( B 29.2 ). A25  Im Alltag werden oft Flüssigkeits-Thermometer verwendet (siehe auch A11, S. 8 ). Robust und beliebt sind Bimetall-Thermome- ter, die auf der unterschiedlichen Ausdehnung zweier Metalle beruhen ( B 16.36 a ). Immer häufiger werden auch elektronische Thermometer eingesetzt, etwa bei der Fiebermessung ( 16.36 b ). Vereinfacht gesagt wird bei diesen durch die Wärme ein kleiner Stromfluss erzeugt, der dann in eine Temperatur „übersetzt“ wird. Mit Strahlungsthermometern ( B 16.36 c ) bestimmt man die Temperatur berührungslos auf Grund der Wärmestrahlung der Objekte ( Kap. 17.3, S. 19 ). Damit man die richtige Stelle trifft, verfügen sie zum Anvisieren über einen Laserstrahl. B 29.1 Baumwolle unter dem Mikroskop. Schmutz kann sich an den Fasern gut festkrallen und ist durch schnell aufprallende Wassermoleküle besser abzulösen. B 29.2 A26  Die Körpertemperatur eines Menschen hängt von vielen Faktoren ab, etwa von Außentemperatur, Bewegung, Ernährung und Alter. Außerdem hängt sie vom Ort der Messung ab (z.B. Achsel, Mund oder Ohr) und sogar von der Tageszeit, wie du in B 16.37 sehen kannst. Die Körpertemperatur eignet sich also gar nicht gut als „Fixpunkt“. A27 a) 0K entsprechen 0 –  273,15 °C = –273,15 °C. Diese entsprechen wiederum (–273,15 °C × 1,8) + 32 = –459,67 °F ≈ –460 °F. b) 0 °C = (0 × 1,8) + 32 = 32 °F c) Wenn deine Körpertemperatur 36,5 °C beträgt, dann sind das umgerechnet (36,5 × 1,8) + 32 = 97,7 °F. A28  Schmelz- und Siedepunkt schwanken mit dem Luftdruck. Am Großglockner (3798m) kocht Wasser bei Normaldruck bereits bei knapp 88 °C (siehe T 20.2 , S. 43 )! Auch der Schmelzpunkt verändert sich ein wenig mit dem Druck. Beim Eichen eines Thermometers muss also der Luftdruck berücksichtigt werden. A29  Allgemein ist es so, dass sich Stoffe bei Erwärmung ausdehnen und bei Abkühlung zusammenziehen (siehe Kap. 10.2 , Big Bang 2). Wenn sich die Luft im Inneren der Flasche abkühlt, zieht sie sich zusammen und saugt den Ballon ins Flascheninnere ( B 29.3 ). Wenn du es umgekehrt machst (zuerst kaltes und dann warmes Wasser), kannst du den Luftballon mit dieser Methode etwas aufblasen. A30  Der Beleg ist das „Poff“! Mit der Schallwelle wird ein Teil der Energie abtransportiert. Wenn der Schall verklungen ist, dann hat sich auch diese Energie in Wärme umgewandelt. A31  Seine eigene! Das Flüssigkeitsthermometer zeigt immer die Temperatur an, die es selbst hat. Das kannst du gut daran erkennen, wenn du ein Thermometer in warmes Wasser tauchst. Es dauert eine Zeit, bis die Flüssigkeitssäule steigt und dann wieder zur Ruhe kommt. In dieser Zeit erwärmt sich das Thermometer auf Wassertemperatur. Das Wasser hat natürlich immer dieselbe Temperatur. A32  Wäsche wird in heißem Wasser auf Grund der höheren thermischen Bewegung der Wassermoleküle sauberer, Zucker, Salz und andere Stoffe lösen sich in heißem Wasser besser auf. Und natürlich ist es auch angenehmer, mit warmem Wasser zu duschen. Dabei wird die ungeordnete Bewegungsenergie der Wassermole- küle auf deinen Körper übertragen. A34 a) 2; b) 3; c) 1 A35 a) Um einen Liter Wasser um 1 °C zu erwärmen, braucht man 4200 J. b) Wenn du einen Liter Wasser von 20 °C auf 100 °C erwärmen willst, brauchst du daher 4200 · 80 J = 336.000 J. c) Der Radfahrer gibt eine Leistung von 100W ab, also 100 J/s. d) Daher muss der Radfahrer mindestens 336.000 J/(100 J/s) = 3360 s strampeln, das sind also 3360/60 Minuten = 56 Minuten! e) Es steckt ungeheuer viel Energie im elektrischen Strom. f) In dieser Rechnung ist nicht berücksichtigt, dass der Wasser- kocher mit dem heißen Wasser die Wärme teilweise wieder abgibt. Je höher die Temperatur, desto größer wird der Wärmeverlust. Daher kann es sein, dass das Wasser gar nie zum Kochen gebracht werden kann. A36  Rechnen wir für eine Temperaturerhöhung von 20 °C auf 100 °C bei einer Leistung von 2000 W. Zum Erwärmen sind daher 4200 · 80 J = 336.000 J notwendig. Bei 2000W (= 2000 J/s) dauert die theoretische Aufwärmzeit daher 168 s oder 2 Minuten 48 Sekunden. In der Praxis dauert es etwas länger, weil Wärme verloren geht. B 29.3 Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv