60.1 a) Wetterbeobachtung sowie die Unterstützung von Ozeanprognosesystemen, Umweltüberwachung und Klimaüberwachung. b) Die METEOSAT-Satelliten bewegen sich in einer geostationären Umlaufbahn und befinden sich immer über demselben Punkt (über dem Nullmeridian) auf der Erde. Die SENTINEL-Satelliten hingegen befinden sich in sonnensynchronen (24 h Umlaufzeit) Umlaufbahnen, was bedeutet, dass sie nicht immer über demselben Punkt auf der Erde sind. 61.2 T = 365 d ¥ m Sonne ≈ 1,99·10 30 kg 61.3 H ≈ 35 850 km, v ≈ 3,07 km/s = 11 052 km/h 75.1 Bei einem Gewicht von 70 kg: a) Arbeit W ≈ 1 060 J b) Beim Hochklettern einer Kletterstange wird dieselbe Arbeit verrichtet, da die Höhe und die Masse gleich bleiben und sich die Erdbeschleunigung nicht ändert. c) Obwohl die verrichtete Arbeit in beiden Fällen gleich ist, empfinden wir das Klettern an einer Stange als schwieriger, da beim Klettern zusätzliche Muskeln im Einsatz sind und mehr Kraft aufgewendet werden muss, um den Körper gegen die Schwerkraft zu ziehen. 76.1 a) v ≈ 7,3 m/s ≈ 26,3 km/h; a = 2 s/t 2 ≈ 5,3 m/s2 ≈ 19,1 km/h2 b) Usain Bolts Gewicht beim Lauf 2009: etwa 94 kg, F ≈ 500 N ¥ P = F·v ≈ 3 650 W 76.2 a) E p = W = 877,6 kJ(für m = 70 kg) b) P = W/t = 292,5 W 76.3 51,6 g Zucker 78.1 a) Ja bei Reibungsfreiheit ergibt die Fallhöhe von 67 m eine Geschwindigkeit v ≈ 36,3 m/s = 130,68 km/h b) Nein: Nicht v, sondern v2 ist proportional zu Fallhöhe. 80.1 b) Die Dichte von Wasser (1 000kg/m3) ist ca. 800-Mal größer als die Dichte von Luft. 80.2 a) v = 40,84 m/s (bei 6 U/min) bzw. 122,52 m/s (bei 18 U/min) b) Radialbeschleunigung: v 2/r; bei 6 U/min: a ≈ 25,66 m/s2; bei 18 U/min: a = 230m/s2 83.1 Es gilt P L~v 3. Da die Geschwindigkeit um 205/160 = 1,28 größer ist, ist der Luftwiderstand um 1,283 größer, d. h. P L verdoppelt sich. Die Berücksichtigung der Rollreibung ändert wenig am Resultat. 83.5 Beschleunigungsarbeit (m·v 2/2): daher ΔE k = m·(v 2 2 − v 1 2)/2. 130 2 − 1 202 = 2 500 = 502 − 0: Die Aussage ist richtig. 89.1 Beim Rosten bilden sich Verbindungen von Eisen mit Sauerstoff (Eisen(III)-oxid). Durch die zusätzlichen Teilchen nimmt die Masse des Gegenstands zu. Rost selbst hat eine geringere Dichte, weshalb auch das Volumen zunimmt. 90.1 Sauerstoff (O), Kohlenstoff (C), Wasserstoff (H) 91.1 1 mol Wasser enthält 6 ·10 23 Moleküle und entspricht 18 g bzw. 18 cm3. Das Volumen der Weltmeere ist ca. 1,4·10 9 km 3 = 1,4·10 18 m 3 = 1,4·10 21 l. In 1 l würde man daher 600/1,4 (ca. 430) markierte Moleküle finden. 93.1 a) Flüssig: d ≈ 4·10 −10 m = 0,4 nm, Gas: d ≈ 3·10 −9 m = 3 nm b) 1 mol N 2-Gas entspricht 28 g. 1 l flüssiger Stickstoff enthält daher (810/28) mol ≈ 29 mol ≈ 1,7·10 25 Moleküle, 1 l N 2-Gas nur 0,045 mol ≈ 2,7·10 22 Moleküle. 95.1 Volumsänderungen, Schmelzen, … 96.1 a) Der Volumenausdehnungskoeffzient γ von Benzin beträgt nach Tab. 96.1: γ = 1 060 10−6 K −1; Bei Erwärmung um 50°C bzw. 50K beträgt der Ausdehnungsfaktor 5,3 %, und entspricht somit einer Volumenzunahme von 3,18 l. b) Aus Sicherheitsgründen und zum Schutz der Umwelt darf kein Kraftstoff (flüssig oder gasförmig) entweichen. Ein Aktivkohlefilter in der Tankentlüftung bindet Treibstoffdämpfe. 96.2 b) Anfangstemperatur, Länge des Rohres zwischen Klemme und Messgerät, Zeigerausschlag. Das gesamte Rohr muss die Temperatur des Wasserdampfs erreichen! 98.1 a) Im Sommerhalbjahr wird die Oberfläche von der Sonne erwärmt, ohne Durchmischung durch Wind oder Strömungen erfolgt eine langsame Erwärmung in der Tiefe. Im Winter verhindern die große Wärmekapazität und die geringe Wärmeleitfähigkeit eine rasche Bildung der Eisdecke. b) Für die Durchmischung eines Sees sind starke Winde wichtig, dadurch wird sauerstoffreiches wärmeres Wasser in tiefere Bereiche gebracht und ermöglicht dort Leben 101.1 An der Tomate! Die Tomate enthält viel Wasser mit einer höheren Wärmekapazität als Schinken oder Hefeteig. 105.1 a) Menge des Eises und die während des Schmelzens zugeführte Energie. b) Menge von Wasser und Eis, die Temperaturabnahme des heißen Wassers. Die Wärmekapazität von Wasser muss bekannt sein. 105.2 a) Einen Faden aus einem schlechten Wärmeleiter verwenden. b) Berechne für dein Gewicht die durch Gleitreibung unter den Kufen verrichtete Arbeit und berechne, ob sie zur Erzeugung eines Wasserfilms ausreicht. 106.1 Neben verschiedenen organischen chemischen Verbindungen ist Natriumsulfat (Glaubersalz, Abführmittel, Schmelzpunkt 32 °C) als Wärmespeicher geeignet. 106.2 Wickle ein feuchtes Tuch oder Papiertaschentuch um ein Thermometer und notiere in regelmäßigen Intervallen die angezeigte Temperatur. 109.1 a) 87,3 °C bzw. 80,3 °C b) Mit zunehmender Höhe sinkt mit dem Luftdruck die Dichte der Luft. Bei 7000m Höhe enthält jeder Atemzug nur 40% der Sauerstoffmenge auf Meeresniveau. Bereits ab 2 000 m kann die „Höhenkrankheit“ auftreten 109.2 Erhitze in einem Wasserkocher eine abgewogene Menge Wasser. Lass nach Erreichen des Siedepunkts etwa 1 Minute lang (Stoppuhr!) Wasser verdampfen. Aus der zugeführten elektrischen Energie und der verdampften Wassermenge ergibt sich dein Ergebnis. 109.3 a) Das Teewasser wird durch Sieden nicht heißer. b) Mit der Verdampfungswärme könnte man ca. 6,7 Liter Wasser von 20 °C auf 100 °C erwärmen 111.1 a) Innerhalb einer Stunde atmest du beim Wintersport etwa 3,6m3 Luft ein und aus. Du verlierst (44–2,4) g/m3, insgesamt etwa 150 g. Zusätzlich verdunstet verstärkt Wasser über die Haut. b) Eine zusätzliche Flüssigkeitsaufnahme ist daher zu empfehlen. 117.1 a) Der Druck des Treibgases in der Dose steigt mit der Temperatur. b) Die Warnung auf der Dose muss beachtet werden: Eine explodierende Dose kann durch herumfliegende Bruchstücke und brennbares Treibgas Verletzungen und große Schäden verursachen. 119.1 Die Eustachische Röhre zwischen Mittelohr und Nasenrachen ermöglicht den Druckausgleich. 120.1 a) Die Temperaturachse wird bei −266,67°C geschnitten. Die Abweichung vom heutigen Wert beträgt ca. 2,4 %. b) Die Werte liegen zwischen −267,3 °C und 266,0 °C 121.1 a) Verdichtung entspricht p 2 > p 1, Verdünnung entspricht p 2 < p 1 b) p 2 = 3,5 p 1 . T 2 ungefähr gleich 150 °C c) p 2 = 0,2 p 1 . T 2 ungefähr gleich −60 °C 123.1 Die Massen der He- bzw. Ar-Atome verhalten sich wie 1:10, ihre mittleren Geschwindigkeiten wie 3,16:1. Viel mehr He- als Ar-Atome erreichen die Fluchtgeschwindigkeit und fliegen in den Weltraum. 130.1 Ein qualitatives Experiment genügt, erstmals quantitativ führte James P. Joule das Experiment 1843 durch. 132.1 Achte dabei auf die verschiedenen Einheiten. 134.1 z. B. eine auskühlende Herdplatte. Obwohl die Energie nicht verschwunden, sondern in der Umgebung gespeichert ist, wird sie sich niemals wieder in der Herdplatte sammeln. 141.1 a) Die idealen thermodynamischen Wirkungsgrade betragen ca. 66% (Diesel) bzw. 48 % (Benzin). b) Sie werden nicht erreicht, da die Arbeitstakte nicht den idealen Prozessen entsprechen und aufgrund von Faktoren wie Reibung, Wärmeleitung und -strahlung sowie unvollständiger Verbrennung mit großen Energieverlusten zu rechnen ist. 143.1 a) Da die Energie für den Kompressor des Kühlschranks von außen (Stromnetz!) kommt und dieser noch stärker und durchgehend bei einem offenen Kühlschrank arbeiten muss, erwärmt sich der Raum. Eine Klimaanlage entzieht dem Raum als Wärmepumpe Energie. b) Kühlgeräte der Klasse A++ sollen höchstens 33% des Energiebedarfs von Geräten des Baujahrs 1994 haben. Aus Preis und Produktdaten eines neuen Geräts lässt sich die Frage beantworten. 144.1 Die Kosten für Erdgas und Strom sollen bezüglich gleicher Energiemengen betrachtet werden. 152 Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv
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