Aufgabe 1 - die Energieumwandlungsketten
Offenhausen bei der Lauterquelle
Höhenenergie des Wassers (fließt hinab->) Bewegungsenergie des Wassers (treibt Turbine ->) mechanische Energie der Turbine (treibt Generator ->) elektrische Energie
Hausdach (Achtung, hier gab es je nach Klasse zwei Versionen)
Photovoltaik
Strahlungsenergie von der Sonne (trifft auf die PV-Anlage ->) elektrische Energie (im Herd ->) innere Energie im Elektroherd
Sonnenkollektor/Solarthermie
Strahlungsenergie der Sonne (trifft auf Kollektoren ->) innere Energie des Wassers im Kollektor (erwärmt das Heizsystem ->) innere Energie in der Heizung (gibt Wärme an die Räume ab ->) innere Energie im Haus
Fahrrad
chemische Energie im Essen (Verdauung ->) chemische Energie in Blut und Muskeln (Kurbeln an den Pedalen ->) mechanische Energie des Fahrrads (fährt rauf ->) Höhenenergie
außerdem erhöht sich die innere Energie des Körpers durch Reibung
Kompressor
elektrische Energie (Motor im Kompressor ->) mechanische Energie oder Spannenergie in der komprimierten Luft (spritzt aus der Flasche ->) Bewegungsenergie von Wasser und Auto (Reibung ->) innere Energie
Aufgabe 2
a) Der Dampf kondensiert, wenn er ins Wasser kommt. Dabei gibt er Kondensationswärme ab an das Wasser, ca. 2200 J von jedem Gramm Dampf. Dadurch erhöht sich die innere Energie des Wassers.
b) 0,2 l von 20°C auf 100°C, also 80 K rauf
Benötigte Energie W = 4,2 J/(g K) * 200 g * 80 K = 67200 J
Dafür benötigte Dampfmenge m = W/r = 67200 J / 2200 J/g = 30,5 g
und für die anderen Zahlenbeispiele entsprechend
Aufgabe 3
a) Wasserkocher, 1 l von 30°C auf 100°C, also 70 K rauf
Benötigte Energie W = 4,2 J/(gK) * 1000 g * 70 K = 294000 J
Benötigte Zeit t = W/P = 294000 J/800 W = 367,5 s = 6 min 7,5 s
b) Wenn das Wasser siedet und weiter Energie zugeführt wird, dann wird diese Energie dafür aufgewendet, dass weiteres Wasser verdampft, sie wird als Verdampfungswärme benötigt. Erst wenn alles Wasser zu Dampf geworden ist, kann die Temperatur weiter steigen.
c) Der Deckel verhindert, dass heißer Dampf oder heiße Luft nach oben entweicht, er verhindert also Konvektion als Energietransport. Wärme wird nur über Leitung durch die Wand abgegeben.
Das Metall leitet wärme besser als Porzellan oder Styropor.
Ich würde immer das Material, das schlechter Wärme leitet, in die Hand nehmen. Diese Tasse bzw. dieser Becher ist außen nicht so heiß und ich verbrenne mir nicht so leicht die Finger.
