Gollenz Physik 3, Arbeitsheft

36 Lösungen zu den Aufgaben Unser Leben im „Wärmebad“ 1.1 a); b) Ausgehend von der Mecha- nik wirkt zwar eine Kraft, aber die Wäscheklammer bewegt sich nicht, es gibt daher keinen Weg und das Produkt Kraft × Weg = 0. Biologisch betrachtet ist für die- se Tätigkeit Energie notwendig. Daher werden in den Muskelzel- len unterschiedliche Formen der Arbeit verrichtet. Arbeit wird beim Öffnen und Hal- ten der Wäscheklammer verrich- tet, weil beim Halten der Wäsche- klammer Arbeit für die Muskel- kontraktion verrichtet wird. 1.2 1.3 35 cm a) m · g = 50 ·10N = 500N F · s = 500N · 8m = 4000Nm = 4000 J b) 3 600 000 : 4000 = 900 mal 1.4 F = m · g = 180 · 10 N=1800 N; W = F · h = 1800 · 0,5 W = 900 W pro Wiederholung w bei 15 Wieder- holungen: 13 500 W mal 3 Sätze: 40 500 W = 40,5 kW 2.1 Potentielle Energie – kinetische Energie – potentielle Energie (Verformen des Balles) – kinetische Energie – potentielle Energie 2.2 a) Weil Energie weder erzeugt noch verbraucht, sondern nur umgewandelt werden kann. b) „Erzeugung“: Mechanische Energie oder Wärmeenergie wird in elektrische Energie umgewan- delt. „Verbrauch“: Elektrische „Energie“ verrichtet Arbeit und wird in an- dere Energieformen umgewan- delt. 3.1 a), b), c) 3.2 Strahlung 3.3 a) Batterie, Akku b) Feder, Pumpspeicherwerk c) Thermosflasche, Boiler (Solarkollektoren) d) Kohle, Erdöl, Nahrung 4.1 Die Bremsklötze drücken beim Bremsen auf eine Scheibe, die mit dem bewegten Rad fest ver- bunden ist. Dabei entsteht durch Reibung Wärme. 4.2 Chemische Energie in Form von Holz, Kohle, usw. wird durch Ver- brennung in thermische Energie umgewandelt. Wasser wird dabei verdampft, wobei der Wasser- dampf einen Kolben antreibt w Umwandlung thermischer Ener- gie in kinetische. 5.1 a) 5.2 a) 37°C – 12 °C = 25 °C b) 4,2 kJ c) 4,2 · 80 kJ = 336 kJ d) 25 · 336 kJ = 8400 kJ 5.3 b) 5.4 Beschreibt die unregelmäßigen Bewegungen mikroskopischer Teilchen (Atome, Moleküle) auf- grund ihrer Wärmeenergie. 6.1 Wärmeleiter gut schlecht Eisen Wasser Holz Wasserdampf Luft Wolle Schnee Silber 6.2 Auf der geringen Wärmeleitung durch die Luft- oder Gasfüllung zwischen den Scheiben. 6.3 Durch die Übertragung der ther- mischen Energie auf das Eisen kommen die Teilchen dort in star- ke Schwingung und geben durch Stöße ihre Energie an benachbar- te Teilchen weiter. Dadurch wird die Wärmeenergie weitergeleitet und das Eisen fühlt sich kalt an. Eisen ist ein guter Wärmeleiter. Im Styropor geraten die Moleküle kaum in Schwingung, die Wärme- energie von der Hand wird kaum weitergeleitet, das Styropor fühlt sich warm an. Styropor ist ein schlechter Wärmeleiter. 6.4 Zwei dünne Pullover schützen besser vor Kälte, weil dabei auch noch die Isolationswirkung der dazwischen befindlichen Luft ausgenützt wird. 6.5 a) Der Wärmeenergietransport vom heißen Wasser an die Außenluft wird stark vermindert. b) Der Wärmeenergietransport von außen ins Innere der Truhe wird stark vermindert. 6.6 Da die Entzündungstemperatur des Papiers über 100 °C liegt und siedendes Wasser bei Normal- druck nur 100 °C erreichen kann. 6.7 c) 6.8 b) 7.1 Kalte Luft strömt unten in das warme Zimmer, warme Luft strömt oben aus dem Zimmer hinaus. 7.2 Golfstrom, Meeresströmungen, Luftströmungen, Wind, Kühl- und Wärmesystem von KFZ oder Ge- bäuden, strömende Flüssigkeiten, strömende Gase 7.3 a), d) 7.4 c) 8.1 b) 8.2 a) 8.3 b), c) 8.4 a), c) 8.5 Die Wärmeübertragung erfolgt ohne Beteiligung von Teilchen. 8.6 Damit die Sonnenstrahlen mög- lichst senkrecht auftreffen. 8.7 c); Die Alufolie reflektiert die ein- fallende Wärmestrahlung der Sonne. Dadurch erwärmt sich diese Flasche nicht so schnell. 9.1 b), c) 9.2 Kohle kann im Tagbau oder unter der Erdoberfläche abgebaut werden. Erdöl wird mit Hilfe von Pumpen an die Erdoberfläche gefördert. 9.3 Die Entstehung fossiler Brenn- stoffe dauert Jahrtausende. Die Verbrennung fossiler Brennstoffe beschleunigt den Klimawandel. 10.1 Die Fußbodenheizung erwärmt durch Wärmeleitung, Wärmeströ- mung und Wärmestrahlung, die Deckenheizung vor allem durch Wärmestrahlung. 10.3 Z. B.: Stoßlüften, Fenster und Türen ordentlich schließen, unge- nutzte Räume weniger beheizen, Konferenzzimmer weniger behei- zen, etc. 10.4 a) Die verbrauchte Luft sammelt sich an der Decke. b) Die erwärmte Luft sammelt sich an der Decke, die Heizkosten sind daher höher. Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verla s öbv