Physik verstehen 3, Schulbuch

2 Die Welt, in der wir uns bewegen ! Christian Mašin und Gerald Grois Liebe Schülerin, lieber Schüler! Einige Bereiche der Physik kennst du schon aus dem vorigen Schuljahr: zB Isaac Newton und die Geschichte mit dem Apfel und der Anziehungskraft, warum wir die Lautsignale der Fledermaus leider nicht hören können oder wie Wasser klettern kann. Die beiden großen Themen dieses Schuljahres sind die Wärme und die elektrischen Phänomene. Wahrscheinlich kennst du schon viele Begriffe aus deinem Alltag – Thermoskanne, Wärmedämmung, Kurzschluss, Sicherung … Aber weißt du auch, wie das alles funktioniert? Auf dieser Doppelseite zeigen wir dir, wie dieses Buch aufgebaut ist. Das Schulbuch hat zwei große Kapitel (zB „Unser Leben im Wärmebad“). Jedes Kapitel besteht aus mehreren Themen (zB „Temperatur und Wärmeenergie“). Zwei gegenüberliegende Seiten behandeln ein Thema. Wi arbeite ich m t die em Buch? 8 9 UnserLeben imWärmebad 1 Temperatur und Wärmeenergie 1. Was ist die Wärmeenergie eines Körpers? Körper können zB LageenergieoderBewegungsenergiehaben.Nebendiesen „äußerenEnergien“gibtesauchdie innereEnergie einesKörpers.Damitmeint man zBdie Lage-undBewegungsenergiederTeilchendesKörpers. DieNagelschmiede (Abb.8.1) E1 HalteeinengroßenNagelund lege ihnaufeinenAmbossodereinedickere Eisenplatte.BearbeitedieNagelspitze festmiteinemHammerund fühle dieTemperaturerhöhung. DieTeilchendesNagelswerden in schnellereBewegung versetzt.DieseArtder innerenEnergienennenwir Wärme- oder thermischeEnergie . Das flüssigeGas (Abb.8.2) E1 IneinReagenzglas (16/160…Ø 16mm, l= 160mm)wirdetwa 1cmhoch Feuerzeuggasgefüllt (Füllvorgang  Seite94). Die Flüssigkeit verdampft raschbeiZimmertemperatur.AnderReagenz­ glasöffnung lässt sichdasGasentzünden.KlopftmangegendasGlasoder erwärmtesmitderHand,verdampftdie Flüssigkeit schnellerunddie Flammewirdgrößer. Jeheftiger sichdieTeilchenbewegen,destomehrentfernen sie sich voneinander. EswirdArbeitgegendieKohäsion (Zusammenhangskraft) verrichtet.Die Teilchenhabenaufgrund ihrerMasseundGeschwindigkeiteinenbestimmten Energieinhalt.Die kinetischeEnergie,die inder ungeordnetenBewegungder Teilchen gespeichert ist,nenntmanWärmeenergie. 2. Wie erhöhen wir die Wärmeenergie eines Körpers? a) DurchZufuhrundUmwandlung vonmechanischerEnergie EinheißerBallon! (Abb.8.3) E1 Halteeinen LuftballonandeineStirnund ziehe ihn schnell (!)auseinander. BeimVerformen,ReibenoderSchlagenbeginnenauchdieTeilchen im Inneren sichheftiger zubewegen. V1 8.1 DieNagelschmiede LV1 8.2 Das flüssigeGas Je schneller sichdieTeilcheneinesKörpersbewegen,destohöher ist seineTemperatur. Als Wärmeenergie bezeichnetmandie kinetischeEnergieder ungeordnetenBewegungderTeilcheneinesStoffes. M V2 8.3 EinheißerBallon! Feststoffe Flüssigkeiten Gase kalt heiß 8.4 Zufuhr vonEnergiebewirkteine schnellereTeilchenbewegung. 8.5 Erwärmung vonHolzdurchZufuhr von Bewegungsenergie 8.6 ErwärmungeinesHeizdrahtesdurch elektrischeEnergie b) DurchZufuhrundUmwandlung vonelektrischerEnergie HeißerDraht (Abb.9.1) E1 ZieheeinenDrahtauseinemStückStahlwolleundhalte ihnanbeidePole einer 9VBatterie.DerDrahtwirdheißund verglüht. Durch Zufuhr vonelektrischerEnergiewirddieBewegungsenergiederTeilchen des Leitungsdrahteserhöht. c) DurchZufuhrundUmwandlung von chemischerEnergie DieTeilchen zBeinesbrennbarenGases verbinden sichmitSauerstoffteilchen (ausder Luft).NeueTeilchen („Abgase“, zBWasserdampf,Kohlenstoffdioxid)mit großerGeschwindigkeitbilden sich (Abb.9.2). d) DurchÜbertragung vonWärmeenergie Wasserkocher (Abb.9.3) E1 GibetwasWasseraufeinenTeelöffelundbringeesübereiner Brennerflamme zumKochen. DieStößederTeilcheneinesheißenGaseserhöhendieBewegungsenergieder Teilchendes LöffelsunddesWassers.DieWasserteilchenwerdendadurch so schnell,dass sie sichalsDampf indie Luftbewegen können. DieWärmeenergiegeht immer vomwärmeren zum kühlerenKörperüber.Daher wirddir kalt,wenndu (37°C) ineinenSeemit20°CWassertemperatur steigst. DugibstbeimBadenWärmeenergieandenSeeab. 3. Mit welcher Maßeinheit misst man die Wärmeenergie? JamesPrescott Joule (1818–1889,  Seite7) stelltemit seinemRührwerk (Abb.9.5) fest,dass 1gWassermitdermechanischenArbeit von 1Newtonmeter (Nm)oder 1Joule (J)um 0,239°Cerwärmtwird (Abb.9.6). ZurErwärmung von 1kgWasserum 1°Cbenötigtmandaher ca.4200J (4,2kJ),das istdie „ spezifischeWärmekapazität “ vonWasser. WeitereAngaben zurWärmekapazität findestduauf  Seite 100. V3 9.1 HeißerDraht 9.2 BeimVerbrennenentstehenTeilchenmit hoherGeschwindigkeit. V4 9.3 Wasserkocher Die Wärmeenergie einesKörpers kann erhöht werden • durch ZufuhrundUmwandlung vonmechanischer,elektrischerund chemischerEnergie, • durch Übertragung derWärmeenergie voneinemwärmerenaufeinen kälterenKörper. M Infobox: 1kJ = 1000J 1MJ = 1000000J ZumErhitzen von 1lWasser von 20°Cauf 100°C (um 80°C)benö- tigstdu ca.4200 · 80J=336000J= 336kJ =0,336MJ DieEinheitderWärmeenergie ist 1Joule (1J). MitderEnergie von 1J kann 1gWasserumetwa 1/4°Cerwärmt werden. M Arbeit W =1Nm=1J s =1m 100g 100g F G =1N 1J Erwärmung um ca. °C 1gWasser 4 1 9.6 Vergleich vonmechanischerArbeitund „Wärmearbeit“ Rührwerk Wasser Thermometer 9.5 MechanischeEnergiewird inWärme­ energieumgewandelt. 9.4 JamesPrescott Joule  Arbeitsheft-Seite4 Arbeitsblätter xc2uv2 Film vc8cr9 Jedes Thema ist durch Fragen gegliedert. Physikerinnen und Physiker stellen Fragen an die Natur und versuchen, sie durch Versuche und logisches Denken zu beantworten. Die Beantwortung liefert meist ein Versuch. Die Versuche sind oft einfach nachzumachen, ob im Physikunterricht oder zu Hause. Physik ohne Versuche funktioniert nicht! Manchmal benötigst du zusätzliche Hinweise zu den Versuchen. Du findest sie auf den Seiten 94 bis 97. Versuche für Lehrerinnen und Lehrer sind mit LV gekennzeichnet. Erklärungen zu den Ergebnissen der Versuche und weitere Inhalte findest du im Text . Merktexte fassen die wichtigsten Informationen kurz zusammen. Infoboxen stellen Sachverhalte einfach dar und liefern zusätzliche Informationen. Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv