Big Bang 3, Schulbuch

114 Lösungen Kapitel 16–17 A37  Um 10 l Wasser von 15 °C auf 50 °C zu erwärmen, benötigt man 10 · 4200 · 35 J = 1.470.000 J. Um das in einer Minute zu schaffen, sind daher 1.470.000 J/60 s = 24.500W nötig. Die Zahl ist also etwas aufgerundet. Kapitel 17 A7  Man kann eine Wohnung mit einem Kübel Wasser mit Löchern vergleichen, in dem man trotzdem einen gleichbleibenden Wasserspiegel halten möchte. Je höher der Wasserspiegel, desto schneller ist der Wasserabfluss und desto schneller muss auch der Wassernachschub sein ( B 29.4 ). Auf die Wärme umgelegt bedeutet das: Je größer der Temperaturunterschied zwischen innen und außen, desto größer ist der Wärmeverlust und desto höher muss die Wärmeproduktion durch Heizen sein. Deshalb ist es am umweltfreundlichsten, wenn du die Heizung komplett abschaltest (c). Am zweitbesten ist es, die Temperatur abzusenken (b). A14 a) Die Stärke der Strahlung, die von einem bestimmten Punkt ausgeht, wird in eine Farbe umgewandelt. b) Weil die Außenwand etwa 2 °C hat, muss das Bild im Winter aufgenommen worden sein. c) Am Randbereich der Fenster und vor allem am Übergang von Wand zu Dach geht viel Wärme verloren. Dort könnte man versuchen, die Wärmeisolation zu verbessern, um Energie zu sparen. A19  Metall ist ein sehr guter Wärmeleiter und leitet die Wärme der Flamme sehr schnell ab. Deshalb erreicht das Gas auf der jeweils anderen Seite nicht die nötige Temperatur, um sich zu entzünden. A20  Das Geheimnis des tanzenden Tropfens ist der Wasserdampf, der unter ihm entsteht ( B 29.5 ). Er lässt den Tropfen umherwandern und schützt ihn gleichzeitig vor der Hitze der Platte. Die Wasserdampfschicht ist vergleichbar mit einem Luftkissenboot, das auf einer Schicht aus Luft schwebt. Man nennt das das Leidenfrost-Phänomen. A21  Physikalisch gesehen gibt es keine Kälte, es gibt nur mehr oder weniger Wärme (= mehr oder weniger Teilchenbewegung). Es kriecht daher nicht die Kälte in die Knochen, sondern die Wärme aus den Knochen. A23  Alle Materialien dehnen sich aus, wenn sie erwärmt werden. Wenn man heißes Wasser eingießt, dann springen dünne Gläser überraschender Weise weniger leicht, weil sich die Wärme schneller gleichmäßig verteilt und somit in der Ausdehnung zwischen innen und außen kein Unterschied mehr besteht. A24  Die Wärme gelangt durch Wärmeleitung von der Platte in den Topf. Eisen leitet 3300-mal, Aluminium sogar 8500-mal so gut wie Luft. Sind Kochplatten und Töpfe uneben, dann befindet sich zwischen den Kontaktflächen Luft. Die Wärmeleitung läuft dann viel langsamer ab, und man verschwendet sehr viel Stromenergie. A25  Wenn der Topf offen ist, dann steigt sehr viel Wasserdampf auf (wie in B 17.31 ). Mit diesem geht viel Wärme verloren, weil Wasser eine sehr große Wärmekapazität besitzt (siehe Kap. 16.5, S. 11 ). Je niedriger du den Wasser­ spiegel hältst, desto langsamer kann die Wasserzufuhr erfolgen. B 29.4 B 29.5 A26  Je höher die Wärmeleitfähigkeit, desto schneller muss man den Stab auslassen, weil das Ende zu heiß wird. Die Reihenfolge lautet daher: Kupfer (relative Wärmeleitfähigkeit 16.700), Alumini- um (8500), Eisen (3300) und Glas (32). A28  Wenn die Sonne den Boden ordentlich erwärmt, dann steigt warme Luft auf. Es liegt also Konvektion vor oder, wie man im Alltag auch oft sagt, eine Thermik. Wenn dieser Aufwind stark genug ist, dann kann ein Vogel ohne Flügelschlag dahinschweben und verliert trotzdem nicht an Höhe. A29  Die Flamme verursacht eine Wärmeströmung, durch die sich der linke Kaffeefilter hebt. A31  Im rechten Glas wird die Wärmestrahlung von außen blockiert, wodurch in Summe weniger Wärme nach innen gelangt, als im linken Glas. Daher wird das Eis im linken Glas zuerst schmelzen. A32  Die Alufolie oder die Metallschichte in einer Thermoskanne reflektiert die Wärmestrahlung, die aus beiden Richtungen kommt . Ist es innen wärmer, verhindert sie, dass die Wärmestrahlung austreten kann, und hält dadurch warm. Ist es innen kälter, dann verhindert sie, dass die Wärmestrahlung der wärmeren Umgebung eindringen kann, und hält dadurch kalt. Es ist also in beiden Fällen eigentlich derselbe Effekt: Die Folie verlangsamt den Temperatu- rausgleich zwischen innen und außen. A33  Bei einem Großfeuer entsteht unglaublich viel Wärmestrah- lung. Die verspiegelten Anzüge schützen die Feuerwehrleute davor. A34  Auf deiner Netzhaut befinden sich zwei Arten von Sehzellen: Die Zapfen, die für die Farben verantwortlich sind, und die Stäbchen, mit denen du nur hell und dunkel sehen kannst, also schwarzweiß. Allerdings haben die Stäbchen auch einen Vorteil, sie sind sehr lichtempfindlich. Sterne sind so lichtschwach, dass beim Betrachten mit dem freien Auge nur die lichtempfindlichen Stäbchen aktiviert werden. Deshalb siehst du Sterne als weiße Punkte. Nur ganz wenige Sterne sind so hell, dass du sie farbig sehen kannst. A36  Sterne in der Größe der Sonne haben eine Oberflächentempe- ratur von etwa 6000 °C und erscheinen gelblich (siehe B 29.6 ). Kleinere Sterne als die Sonne haben eine niedrigere Temperatur und leuchten rötlich. Größere Sterne als die Sonne haben eine höhere Temperatur und leuchten bläulich. A37  Es handelt sich dabei um Kühlkörper. Zum Beispiel erwärmt sich der Prozessor bei Benutzung so stark, dass er durch seine eigene Abwärme zerstört werden könnte. Die Kühlrippen sind meistens aus Aluminium, das ein sehr guter Wärmeleiter ist und die Hitze vom Prozessor gut abtransportieren kann. Auf Grund der Rippen hat der Kühlkörper eine sehr große Oberfläche und kann die Wärme über Wärmestrahlung sehr gut abgeben. Zusammenhang zwischen Größe und Farbe eines Sternes: Die Buchstaben darunter bezeichnen die so genannte Spektral-Klasse. Die Sonne gehört in die Klasse der G-Sterne. Die Buchstaben von rechts nach links kannst du dir mit folgendem – etwas dümmlichen – Spruch merken: O b e a f ine g irl, k iss m e! B 29.6 Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv