Physik 7 Lernbuffet Teilchenmodell und thermisches Verhalten von Körpern Damköhler

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1 Physik 7 Lernbuffet Teilchenmodell und thermisches Verhalten von Körpern Damköhler Aufgabe 1 (Aggregatzustände nennen und Aufbau und Bewegung beschreiben) N1: Betrachte aufmerksam die Bilder und benenne den jeweiligen Aggregatzustand. Beschreibe zu jedem Zustand den Aufbau und die Teilchenbewegung Aufgabe 2 (Beispiele für feste, flüssige und gasförmige Stoffe nennen) N1: Nenne jeweils drei Beispiele für Stoffe, die bei Zimmertemperatur (20 C) fest, flüssig bzw. gasförmig sind. Aufgabe 3 (Anomalie des Wassers) N1: In fünf identischen Gefäßen befindet sich Wasser mit exakt der gleichen Füllstandshöhe mit einer Temperatur von 6 C. Anschließend werden vier Gefäße abgekühlt, sodass die Temperatur nur noch 2 C, 3 C, 4 C bzw. 5 C beträgt. Zeichne in etwa die Füllstandshöhe für diese vier Gefäße ein. Aufgabe 4 (Diffusion und Brownsche Bewegung definieren) N1: Definiere die Begriffe Diffusion und Brownsche Bewegung. Aufgabe 5 (Aufbau eines Bimetallstreifens) N1: Beschreibe den Aufbau eines Bimetallstreifens und nenne eine Anwendung. Aufgabe 6 (Vollgetanktes Auto im Sommer) N2: Erläutere, warum man ein vollgetanktes Auto im Sommer nicht in der Sonne stehen lassen sollte. Aufgabe 7 (In welche Richtung biegt sich der Bimetallstreifen?) N2: Gib an, in welche Richtung sich jeweils der Bimetallstreifen biegt, falls dieser erhitzt wird. Begründe deine Antwort. Metall 1: Eisen Metall 1: Stahl Metall 1: Kupfer Metall 2: Aluminium Metall 2: Zinn Metall 2: Stahl

2 Aufgabe 8 (Krümeltee im kalten und heißen Wasser) N2: Wenn Tim nach dem Fußballtraining nach Hause kommt, hat er häufig Durst und trinkt am liebsten süßen Krümeltee. Auf der Verpackung steht, dass man den Tee kalt oder heiß genießen kann. Tim bevorzugt lieber die warme Variante. Jedoch dauert es immer ziemlich lange, bis das kochende Wasser abgekühlt ist. Da er jedoch heute so durstig ist, beschließt er sich zwei Tassen mit Krümeltee zuzubereiten. Eine Tasse befüllt er mit kühlem Leitungswasser, um den Tee schnell trinken zu können, die andere mit kochendem Wasser. Anschließend häufelt er in beide Tassen die gleiche Menge an Krümeln. Als er gerade umrühren will, kommt seine Mama in die Küche und meint, dass er nach dem Sport gefälligst sofort duschen gehen soll. Also geht er schnell duschen, um dann endlich seinen heißgeliebten Krümeltee zu trinken. Nachdem er wieder in die Küche kommt, stellt er erstaunt fest, dass in der Tasse mit dem heißen Tee sich dieser bereits vollständig aufgelöst und verteilt hat, während in der anderen Tasse noch eine beachtliche Menge am Boden abgesetzt und kaum verteilt ist. Erkläre dieses Phänomen. Aufgabe 9 (Temperaturen umrechnen) N2: Gib die Temperatur in Grad Celsius bzw. Kelvin an! a) 100 C = K b) -50 C = K c) 273 K = C d) 4102 K = C e) -123 C = K f) 2 K = C Aufgabe 10 (Seen im Sommer und Winter) N2: In den Bildern siehst du einen See im Sommer und im Winter. Trage folgende Temperaturen auf den jeweiligen Linien ein: 20 C, 8 C, 4 C, 2 C 0 C. Hinweis: Es können auch Werte mehrmals vorkommen. Aufgabe 11 (Einseitiges Erwärmen einer Metallstange) N3: Begründe, in welche Richtung sich eine dicke Metallstange bewegt, wenn sie nur von der rechten Seite von der Sonne erhitzt wird.

3 Aufgabe 12 (Durchhängen von Fernleitung) N3: Erläutere, warum es sinnvoll ist, dass Fernleitungen durchhängen. Gehe dabei auf die Gefahren ein, die im Sommer und Winter bestehen. Aufgabe 13 (Bechergläser auf der Waage) N3: Auf zwei Waagschalen stehen zwei Bechergläser. Die leeren Bechergläser haben die gleiche Masse. Sie sind jeweils mit genau 1 Liter Wasser gefüllt. Das Wasser im linken Glas besitzt eine Temperatur von 4 C, das Wasser im rechten Glas hat eine Temperatur von 20 C. Gib an, welche der drei Waagen das richtige anzeigt. Begründe deine Antwort. Aufgabe 14 (Bimetallstreifen passend zeichnen) N3: Ein Bimetallstreifen besteht aus Aluminium und Zinn und soll sich bei Erwärmung nach unten biegen. Zeichne den Bimetallstreifen und begründe deine Antwort.

4 Lösungen: Aufgabe 1 (Aggregatzustände nennen und Aufbau und Bewegung beschreiben) N1: Bild 1: fest; Bei festen Körpern liegen die Teilchen sehr eng beieinander und haben einen bestimmten Platz. Sie schwingen an ihrem festen Platz hin und her. Bild 2: flüssig; Bei flüssigen Körpern liegen die Teilchen eng beieinander, haben aber keinen bestimmten Platz, sondern sind gegeneinander verschiebbar. Die Teilchen bewegen sich an dem Platz hin und her, an dem sie sich gerade befinden. Bild 3: gasförmig; Bei gasförmigen Körpern haben die Teilchen einen relativ großen Abstand voneinander. Sie haben keinen festen Platz. Die Teilchen bewegen sich frei im Raum. Aufgabe 2 (Beispiele für feste, flüssige und gasförmige Stoffe nennen) N1: fest: Holz, Eisen, Zucker flüssig: Wasser, Öl, Benzin gasförmig: Sauerstoff, Kohlenstoffdioxid, Stickstoff Aufgabe 3 (Anomalie des Wassers) N1: Aufgabe 4 (Diffusion und Brownsche Bewegung definieren) N1: Die Diffusion ist das selbstständige Durchmischen von Teilchen verschiedener Stoffe aufgrund der ständigen Bewegung der Teilchen. Diese Teilchenbewegung wird Brownsche Bewegung genannt. Aufgabe 5 (Aufbau eines Bimetallstreifens) N1: Ein Bimetallstreifen besteht aus zwei fest miteinander verbundenen Metallen, die eine unterschiedliche Längenausdehnung besitzen. Der Bimetallstreifen wird z.b. beim Bügeleisen genutzt. Aufgabe 6 (Vollgetanktes Auto im Sommer) N2: Scheint die Sonne auf ein vollgetanktes Auto, so erwärmt sich das gesamte Auto sehr stark. Auch die Temperatur des Kraftstoffes erhöht sich dabei, wodurch sein Volumen zunimmt. Dies kann dazu führen, dass der Kraftstoff aus dem Tank austritt und den Lack des Autos beschädigt oder die Umwelt verschmutzt. Aufgabe 7 (In welche Richtung biegt sich der Bimetallstreifen?) N2: 1. Bild: Der Bimetallstreifen biegt sich nach oben, da Aluminium einen größeren Längenausdehnungskoeffizienten besitzt als Eisen. 2. Bild: Der Bimetallstreifen biegt sich nach oben, da Zinn einen größeren Längenausdehnungskoeffizienten besitzt als Stahl. 3. Bild: Der Bimetallstreifen biegt sich nach unten, da Kupfer einen größeren Längenausdehnungskoeffizienten besitzt als Stahl.

5 Aufgabe 8 (Krümeltee im kalten und heißen Wasser) N2: Im heißen Wasser bewegen sich aufgrund der höheren Temperatur die Wasserteilchen schneller. Deshalb löst und verteilt sich der Tee im heißen Wasser schneller als im kalten Wasser. Aufgabe 9 (Temperaturen umrechnen) N2: a) 100 C = 373 K b) -50 C = 223 K c) 273 K = 0 C d) 4102 K = 3829 C e) -123 C = 150 K f) 2 K = -271 C Aufgabe 10 (Seen im Sommer und Winter) N2: Aufgabe 11 (Einseitiges Erwärmen einer Metallstange) N3: Da nur rechte Seite der Metallstange von der Sonne erhitzt wird, erfährt die rechte Seite eine größere Längenänderung als die linke Seite. Dadurch biegt sich die Stange von der Sonne weg. Aufgabe 12 (Durchhängen von Fernleitung) N3: Fernleitungen hängen durch, damit sie die wärmebedingten Längenänderung ohne Gefahr ausgleichen können. Im Sommer werden sie länger und bewirken dadurch mehr Durchhang. Zu niedrige Leitungen sind bei Hitze eine Gefahr für darunter herlaufende Tiere. Im Winter verkürzen sich die Leitungen. Bei zu knapp bemessener Länge reißen die Leitungen oder knicken die Masten ab. Aufgabe 13 (Bechergläser auf der Waage) N3: Die Waage 1 zeigt das richtige an, weil Wasser bei 4 C die größte Dichte besitzt. Da das Volumen an Wasser in beiden Bechergläsern gleich ist, ist die Masse an Wasser im linken Becherglas größer. Deshalb muss sich die linke Waagschale nach unten bewegen. Aufgabe 14 (Bimetallstreifen passend zeichnen) N3: Da sich der Bimetallsteifen nach unten biegen soll, muss der Stoff mit dem größeren Längenausdehnungskoeffizienten oben sein. Weil Zinn einen größeren Längenausdehnungskoeffizienten besitzt als Aluminium, muss sich Zinn oben befinden.