Physikarbeit Nr. 2 Wärmekapazität, Schmelzwärme Klasse 9 1. Was gibt die spezifische Wärmekapazität eines Stoffes an? Was gibt die spezifische Schmelzwärme eines Stoffes an? 2. Eine Luftmatratze wird bei einer Lufttemperatur von 20°C mit einem Druck von p= 1,2bar
aufgepumpt, das Volumen beträgt V= 80 Liter. Durch Sonneneinstrahlung steigt die Temperatur
auf 40°C. Welchen Wert nimmt der Druck an wenn, 2.1 das Volumen gleich bleibt. 2.2 das Volumen um 2 Liter zunimmt. 3. Welche Leistung die Heizspirale eines Boilers haben, um 10L Wasser in 15 Minuten von 18°C auf 55°C zu erwärmen? 4. Ein Eisenstück von 150g Masse wird in die Flamme eines Bunsenbrenners erhitzt und dann in
700g Wasser gelegt. Das Wasser erwärmt sich dabei von 18,8°C auf 38,2°C.
4.1 Welche Wärmemenge nimmt das Wasser auf? 4.2 Welche Temperatur hatte das Eisen (Ceisen=0,45J/gK)? 5. Welche Mischungstemperatur stellt sich ein, wenn 400g Kupferkugeln von 100°C in 300g Wasser Von 20°C geschüttet werden? (Ckupfer=0,38J/gK) 6.1 Ein Eiswürfel von 10g (0°C) wird in ein Glas Mineralwasser(200g, 25°C) gegeben. Auf welche Temperatur kühlt das Wasser nur durch das schmelzen des Eises ab? 6.2 Wieviel Gramm Eis müsste in das Glas gegeben werden,damit sich eine Temperatur Von 0°C einstellen würde? 7. Ein Kraftwerk liefert Heißdampf mit einer Temperatur von 180°C. Im Wärmetauscher eines Mehrfamilienhauses wird dieser Dampf abgekühlt uns kondensiert. Das Kondenswasser wird weiter abgekühlt und verlässt den Wärmetauscher mit einer Temperatur von 60°C. Welche Wärmemenge wird dabei von 50kg Dampf geliefert?
Angaben: Spezifische Wärmekapazität von Wasserdampf 1,6 J/gK Spezifische Wärmekapazität von Wasser 4,2 J/gK Spezifische Schmelzwärme von Wasser 335 J/g Spezifische Verdampfungswärme von Wasser 2258 J/g
aufgepumpt, das Volumen beträgt V= 80 Liter. Durch Sonneneinstrahlung steigt die Temperatur
auf 40°C. Welchen Wert nimmt der Druck an wenn, 2.1 das Volumen gleich bleibt. 2.2 das Volumen um 2 Liter zunimmt. 3. Welche Leistung die Heizspirale eines Boilers haben, um 10L Wasser in 15 Minuten von 18°C auf 55°C zu erwärmen? 4. Ein Eisenstück von 150g Masse wird in die Flamme eines Bunsenbrenners erhitzt und dann in
700g Wasser gelegt. Das Wasser erwärmt sich dabei von 18,8°C auf 38,2°C.
4.1 Welche Wärmemenge nimmt das Wasser auf? 4.2 Welche Temperatur hatte das Eisen (Ceisen=0,45J/gK)? 5. Welche Mischungstemperatur stellt sich ein, wenn 400g Kupferkugeln von 100°C in 300g Wasser Von 20°C geschüttet werden? (Ckupfer=0,38J/gK) 6.1 Ein Eiswürfel von 10g (0°C) wird in ein Glas Mineralwasser(200g, 25°C) gegeben. Auf welche Temperatur kühlt das Wasser nur durch das schmelzen des Eises ab? 6.2 Wieviel Gramm Eis müsste in das Glas gegeben werden,damit sich eine Temperatur Von 0°C einstellen würde? 7. Ein Kraftwerk liefert Heißdampf mit einer Temperatur von 180°C. Im Wärmetauscher eines Mehrfamilienhauses wird dieser Dampf abgekühlt uns kondensiert. Das Kondenswasser wird weiter abgekühlt und verlässt den Wärmetauscher mit einer Temperatur von 60°C. Welche Wärmemenge wird dabei von 50kg Dampf geliefert?
Angaben: Spezifische Wärmekapazität von Wasserdampf 1,6 J/gK Spezifische Wärmekapazität von Wasser 4,2 J/gK Spezifische Schmelzwärme von Wasser 335 J/g Spezifische Verdampfungswärme von Wasser 2258 J/g
Lösung zur Physik-Klassenarbeit
1. Aufgabe
Die spezifische Wärmekapazität eines Stoffes gibt die zugeführte Energie an, die
erforderlich ist, um 1kg des Stoffes um 1K zu erwärmen. Einheit: J/ (kg * K) Joule pro (Kilogramm mal Kelvin)
Unter der spez. Schmelzwärme q eines Stoffes versteht man die Wärmemenge, die
nötig ist, um 1kg eines festen Stoffes zu verflüssigen (schmelzen).
2. Aufgabe
2.1 Es gilt: p1/T1=p2/T2 => p2=(T2*p1)/T1 => p2=(313K*1,2bar)/293K= 1,28bar 2.2 Es gilt:
(V1*p1)/T1=(V2*p2)/T2 => p2=(V1*p1*T2)/(T1*V2) => p2=(80l*1,2bar*313K)/(293K*82l)= 1,25bar
3. Aufgabe
m = 10 Liter = 10000g; t = 15 min.= 900s; ν1 = 18°C ; ν2 = 55°C P =
W = cw m Δν = 4,2 j/gK 10000g 37K W = 155400
P = = P = 1726,6 W
Die Leistung der Heizspirale beträgt ca. 1,73 kW. W t
W t 155400 900s
1. Aufgabe
Die spezifische Wärmekapazität eines Stoffes gibt die zugeführte Energie an, die
erforderlich ist, um 1kg des Stoffes um 1K zu erwärmen. Einheit: J/ (kg * K) Joule pro (Kilogramm mal Kelvin)
Unter der spez. Schmelzwärme q eines Stoffes versteht man die Wärmemenge, die
nötig ist, um 1kg eines festen Stoffes zu verflüssigen (schmelzen).
2. Aufgabe
2.1 Es gilt: p1/T1=p2/T2 => p2=(T2*p1)/T1 => p2=(313K*1,2bar)/293K= 1,28bar 2.2 Es gilt:
(V1*p1)/T1=(V2*p2)/T2 => p2=(V1*p1*T2)/(T1*V2) => p2=(80l*1,2bar*313K)/(293K*82l)= 1,25bar
3. Aufgabe
m = 10 Liter = 10000g; t = 15 min.= 900s; ν1 = 18°C ; ν2 = 55°C P =
W = cw m Δν = 4,2 j/gK 10000g 37K W = 155400
P = = P = 1726,6 W
Die Leistung der Heizspirale beträgt ca. 1,73 kW. W t
W t 155400 900s
4. Aufgabe
m1 = 150g; ν1 = ?°C; m2 = 700g; Δν2 = ν2 - ν1 = 38,2 °C – 18,8°C = 19,4°C
4.1 Qw = cw m Δν = 4,2 J/gK 700g 19,4K Qw = 57036 J = 57,036 kJ
4.2
Eauf = Eab Eauf = cw m2 Δν = 4,2 J/gK 700g 19,4K Eab = cei m1 Δν : (cei m1) = Δν
Δν= = 844,98K - 273,15 = 571.38°C
Δν= ν1 - ν2 + ν2 ν1= Δν + ν2
ν1= 571.38°C + 38,2°C = 609,58
5. Aufgabe
Δν1 = 100°C- ν; Δν2 = ν – 20°C; m1 = 400g; m2 = 300g;
Vom Kupfer abgegebene Energie: Eab = ccu m1 Δν1 = 0,38 j/gK 400g (100°C- ν) Vom Wasser aufgenommene Energie: Eauf = cw m2 Δν2 = 4,2 j/gK 300g (ν – 20°C) Aus Eauf = Eab
Eab cei m1 57036 J 0,45J/gK*150g
m1 = 150g; ν1 = ?°C; m2 = 700g; Δν2 = ν2 - ν1 = 38,2 °C – 18,8°C = 19,4°C
4.1 Qw = cw m Δν = 4,2 J/gK 700g 19,4K Qw = 57036 J = 57,036 kJ
4.2
Eauf = Eab Eauf = cw m2 Δν = 4,2 J/gK 700g 19,4K Eab = cei m1 Δν : (cei m1) = Δν
Δν= = 844,98K - 273,15 = 571.38°C
Δν= ν1 - ν2 + ν2 ν1= Δν + ν2
ν1= 571.38°C + 38,2°C = 609,58
5. Aufgabe
Δν1 = 100°C- ν; Δν2 = ν – 20°C; m1 = 400g; m2 = 300g;
Vom Kupfer abgegebene Energie: Eab = ccu m1 Δν1 = 0,38 j/gK 400g (100°C- ν) Vom Wasser aufgenommene Energie: Eauf = cw m2 Δν2 = 4,2 j/gK 300g (ν – 20°C) Aus Eauf = Eab
Eab cei m1 57036 J 0,45J/gK*150g
0,38 *4*(100°C -v)=4,2*3*(V-20°C) 152°C-1,52v =12,6V-252°C 404°C=14,12v :14,12
v = 28,61°C
Aufgabe 6.1
4,2 x 10 (x - 0) = 4,2 x 200 (25 - x) 4,2 x 10X - 0= 4,2 x 5000 - 200x 42X = 21000 - 840X 882X = 21000 ~ 23,809 Grad
Aufgabe 6.2
c x m x DeltaV = c x m x DeltaV 4,2 x m x 25 = 4,2 x 200 x 25 m=4,2 x 200 x 25 / ( 4,2 x 25 ) m = 200g
7. Aufgabe
Q = cdw mdw Δν = 1,6 j/gK 50000g (180-60)
Qw = 9600000 J = 9,6 MJ www.klassenarbeiten.de
v = 28,61°C
Aufgabe 6.1
4,2 x 10 (x - 0) = 4,2 x 200 (25 - x) 4,2 x 10X - 0= 4,2 x 5000 - 200x 42X = 21000 - 840X 882X = 21000 ~ 23,809 Grad
Aufgabe 6.2
c x m x DeltaV = c x m x DeltaV 4,2 x m x 25 = 4,2 x 200 x 25 m=4,2 x 200 x 25 / ( 4,2 x 25 ) m = 200g
7. Aufgabe
Q = cdw mdw Δν = 1,6 j/gK 50000g (180-60)
Qw = 9600000 J = 9,6 MJ www.klassenarbeiten.de
