Aufbau der Materie und Wärmelehre: Unterschied zwischen den Versionen
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== Aufbau der Materie und innere Energie== | == Aufbau der Materie und innere Energie== | ||
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===Aggregatszustände=== | ===Aggregatszustände=== | ||
− | > Beschreibung mit Hilfe des ''' | + | > Beschreibung mit Hilfe des '''Teilchenmodells''' |
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− | ''Die Teilchen liegen eng und mit gleichen | + | | '''Fest''' |
− | + | | '''Flüssig''' | |
− | + | | '''Gasförmig''' | |
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− | ''Die Teilchen liegen dicht beinander, sind aber gegeneinander verschiebbar | + | |[[Bild:Teilchenmodell_fest.jpg|100px|right]]''Die Teilchen liegen eng und mit gleichen Anstand zueinander an einem festen Platz.'' |
− | + | | [[Bild:Teilchenmodell_flüssig.jpg|100px|right]]''Die Teilchen liegen dicht beinander, sind aber gegeneinander verschiebbar, d.h. sie haben keinen festen Platz.'' | |
− | + | | [[Bild:Teilchenmodell_gasförmig.jpg|100px|right]]''Der Abstand zwischen den Teilchen ist groß und sie haben keinen festen Platz, sie können überall hinschweben.'' | |
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− | ''Der Abstand zwischen den Teilchen ist groß und sie haben keinen festen Platz'' | + | |
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*Dabei gilt: | *Dabei gilt: | ||
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| valign="top"| | | valign="top"| | ||
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===Temperatur=== | ===Temperatur=== | ||
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*Die Temperatur, bei der die kinetische Energie der Teilchen gleich Null ist, nennt man '''absoluter Temperaturnullpunkt''', er liegt bei 0 Kelvin, was -273,15°C entspricht. | *Die Temperatur, bei der die kinetische Energie der Teilchen gleich Null ist, nennt man '''absoluter Temperaturnullpunkt''', er liegt bei 0 Kelvin, was -273,15°C entspricht. | ||
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== Änderung der inneren Energie == | == Änderung der inneren Energie == | ||
{|width=100%| style="background-color:lightblue; border: 1px solid #dfdfdf; padding:0.5em" | {|width=100%| style="background-color:lightblue; border: 1px solid #dfdfdf; padding:0.5em" | ||
| valign="top" | | | valign="top" | | ||
− | + | [[Bild:Schmelzen.jpg]] | |
+ | [[Bild:Verdampfen.jpg]] | ||
'''Wärme:''' | '''Wärme:''' | ||
Symbol: Q | Symbol: Q | ||
− | Einheit: 1J=1( | + | Einheit: 1J=1(kgּm²)/s² |
Grundgleichung der Wärmelehre bei Erwärmen oder Abkühlen von Körpern ohne Aggregatszustandsänderung: | Grundgleichung der Wärmelehre bei Erwärmen oder Abkühlen von Körpern ohne Aggregatszustandsänderung: | ||
− | '''Q= | + | '''Q=cּmּΔ<math>\vartheta</math>''' |
'''1.Hauptsatz der Wärmlehre:''' | '''1.Hauptsatz der Wärmlehre:''' | ||
− | In einem abgeschlossenen System ist die Änderung der inneren Energie verbunden mit der Zufuhr oder Abgabe von Wärme und dem Verrichten mechanischer Arbeit. | + | In einem abgeschlossenen System ist die Änderung der inneren Energie(Ei) verbunden mit der Zufuhr oder Abgabe von Wärme und dem Verrichten mechanischer Arbeit. |
'''ΔEi=W+Q''' | '''ΔEi=W+Q''' | ||
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'''W''':Verrichten mechanischer Arbeit | '''W''':Verrichten mechanischer Arbeit | ||
'''Q''':Abgabe/Zufuhr von Wärme | '''Q''':Abgabe/Zufuhr von Wärme | ||
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Beispiel: Ein laufender Motor erhitzt sich. Die Wärmeenergie wird durch die Verbrennung des Treibstoffs erzeugt, allerdings kann sie nicht zum Antreiben des Fahrzeugs verwendet werden. | Beispiel: Ein laufender Motor erhitzt sich. Die Wärmeenergie wird durch die Verbrennung des Treibstoffs erzeugt, allerdings kann sie nicht zum Antreiben des Fahrzeugs verwendet werden. | ||
− | + | '''Der Energieerhaltungssatz gilt trotzdem.''' | |
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[http://leifi.physik.uni-muenchen.de/web_ph08_g8/materialseiten/04entwertung.htm leifiphysik] | [http://leifi.physik.uni-muenchen.de/web_ph08_g8/materialseiten/04entwertung.htm leifiphysik] | ||
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== Volumenänderung bei Temperaturänderung == | == Volumenänderung bei Temperaturänderung == | ||
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Flüssigkeiten (außer Wasser) dehnen sich bei konstanter Temperaturerhöhung linear aus. | Flüssigkeiten (außer Wasser) dehnen sich bei konstanter Temperaturerhöhung linear aus. | ||
− | Volumenausdehnung = Ausgangsvolumen | + | Volumenausdehnung = Ausgangsvolumen ּ Volumenausdehnungskoeffizient ּ Temperaturdifferenz |
[[Bild:lol.png]] | [[Bild:lol.png]] | ||
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'''Volumenausdehnungskoeffizienten Beispiele (γ in l/°C bei 20 °C ):''' | '''Volumenausdehnungskoeffizienten Beispiele (γ in l/°C bei 20 °C ):''' | ||
− | Benzin: | + | Einige Beispiele für den Längenausdehnungskoeffizient: |
+ | {| border="1" | ||
+ | | style="background:lightblue;" |<div align="center">'''Stoffe''' | ||
+ | | style="background:lightblue;" |α = 1/°C | ||
+ | |- | ||
+ | | style="background:lightblue;"|Benzin | ||
+ | | style="background:lightblue;"|0,0010 | ||
+ | |- | ||
+ | | style="background:lightblue;"|Wasser | ||
+ | | style="background:lightblue;"|0,00021 | ||
+ | |- | ||
+ | | style="background:lightblue;"|Quecksilber | ||
+ | | style="background:lightblue;"|0,00018 | ||
+ | |- | ||
+ | | style="background:lightblue;"|Petroleum | ||
+ | | style="background:lightblue;"|0,0009 | ||
+ | |- | ||
+ | | style="background:lightblue;"|Heizöl | ||
+ | | style="background:lightblue;"|0,0009 | ||
+ | |- | ||
+ | | style="background:lightblue;"|Alkohol | ||
+ | | style="background:lightblue;"|0,0011 | ||
+ | |} | ||
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− | + | Beispiel: | |
− | + | Berechne die Volumenänderung von 76 Liter Benzin, wenn sie sich von 10°C auf 20°C erwärmen. | |
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− | + | ||
− | + | ||
− | + | ||
− | + | ||
− | Berechne die Volumenänderung von 76 Liter Benzin wenn sie sich von 10°C auf 20°C erwärmen | + | |
Gegeben: | Gegeben: | ||
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Lösung: | Lösung: | ||
− | ΔV = V<sub>0</sub> | + | ΔV = V<sub>0</sub>ּγּΔδ |
− | = 76 l | + | = 76 l ּ 0,0010 l/°C ּ 10°C |
= 0,76 l | = 0,76 l | ||
+ | Das Benzin hat sich um 0,76 l ausgedehnt. | ||
+ | |||
+ | |||
====Anomalie des Wassers==== | ====Anomalie des Wassers==== | ||
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− | Ab 4°C wird das Volumen nicht kleiner sondern bis 0°C wieder größer. | + | Ab 4°C wird das Volumen nicht kleiner, sondern bis 0°C wieder größer. |
Wasser hat bei 4°C die größte Dichte. | Wasser hat bei 4°C die größte Dichte. | ||
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Alle Festkörper dehnen sich bei Erwärmung aus, jedoch nicht alle gleichmäßig (linear). Dafür ist der jeweilige Längenausdehnungskoeffizient verantwortlich. Dieser ist bei jedem Stoff anders. Es kann berechnet werden, um wie viel cm sich ein Stoff ausdehnt und zwar mit dieser Formel: | Alle Festkörper dehnen sich bei Erwärmung aus, jedoch nicht alle gleichmäßig (linear). Dafür ist der jeweilige Längenausdehnungskoeffizient verantwortlich. Dieser ist bei jedem Stoff anders. Es kann berechnet werden, um wie viel cm sich ein Stoff ausdehnt und zwar mit dieser Formel: | ||
− | + | Δl = α ּ l<sub>o</sub> ּ Δδ | |
oder: | oder: | ||
− | + | Volumenänderung = Volumenausdehnungskoeffizient ּ Ausgangslänge ּ Temperaturänderung | |
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Lösung: | Lösung: | ||
− | Δl = α | + | Δl = α ּ l<sub>o</sub> ּ Δδ |
− | = 0,000.012 1/°C | + | = 0,000.012 1/°C ּ 1m ּ 20°C |
= 0,00024 m | = 0,00024 m | ||
Das Rohr wird dadurch also 0,00024 m länger, das sind 0,24 mm. | Das Rohr wird dadurch also 0,00024 m länger, das sind 0,24 mm. | ||
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+ | Einige Beispiele dazu könnt ihr euch [http://leifi.physik.uni-muenchen.de/web_ph08_g8/versuche/05laengen_fest/laengenfest.htm hier] ansehen, Übungen findet ihr auf [http://www.educa.ch/tools/70317/files/Uebungen_1_Laengenausdehnung.pdf dieser] und [http://www.educa.ch/tools/70317/files/Uebungen_2_Laengenausdehnung.pdf dieser] Seite. | ||
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Aktuelle Version vom 30. Juli 2008, 12:25 Uhr
Inhaltsverzeichnis |
Aufbau der Materie und innere Energie
Aggregatszustände> Beschreibung mit Hilfe des Teilchenmodells
Temperatur
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Änderung der inneren Energie
Energieentwertung
Reversible und irreversible VorgängeEin Vorgang in Natur und/oder Technik kann reversibel oder irreversibel verlaufen. Das bedeutet:
Beispiel: Bewegung der Erde um die Sonne, Fadenpendel (bei kurzer Dauer)
Beispiel: Verbrennen eines Stoffes
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Wirkungsgrad bei irreversiblen VorgängenBei allen irreversiblen Vorgängen wird Energie in Form von Wärme entwertet. Der Wirkungsgrad bei allen Vorgängen, bei denen auch die Innere Energie eine Rolle spielt, ist folglich immer kleiner als 100%, da Innere Energie nie vollständig in andere Energieformen umgewandelt werden kann. Also tritt immer eine Energieentwertung auf. Beispiel: Ein laufender Motor erhitzt sich. Die Wärmeenergie wird durch die Verbrennung des Treibstoffs erzeugt, allerdings kann sie nicht zum Antreiben des Fahrzeugs verwendet werden. Der Energieerhaltungssatz gilt trotzdem.
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Volumenänderung bei Temperaturänderung
Volumenänderung von Flüssigkeiten(Daniel H.,Patrik H.,Sebastian B.,) Flüssigkeiten (außer Wasser) dehnen sich bei konstanter Temperaturerhöhung linear aus. Volumenausdehnung = Ausgangsvolumen ּ Volumenausdehnungskoeffizient ּ Temperaturdifferenz
Einige Beispiele für den Längenausdehnungskoeffizient:
Berechne die Volumenänderung von 76 Liter Benzin, wenn sie sich von 10°C auf 20°C erwärmen. Gegeben: V0=76 l; γ = 0,0010 l/°C; Δδ = 10°C Gesucht: Δ V Lösung: ΔV = V0ּγּΔδ = 76 l ּ 0,0010 l/°C ּ 10°C = 0,76 l Das Benzin hat sich um 0,76 l ausgedehnt.
Anomalie des WassersDichte: Wasser hat unter Normaldruck seine größte Dichte bei ca. 4°C und zeigt damit eine Dichteanomalie. Diese besteht darin, dass sich Wasser unterhalb von ca. 4°C bei weiterer Temperaturverringerung, auch beim Wechsel zum festen Aggregatzustand, wieder ausdehnt, was man nur von wenigen Stoffen kennt. Dies führt dazu, dass Eisberge schwimmen. Im flüssigen Zustand herrscht eine Mischung von Ordnung und Chaos, wobei die Moleküle aufgrund ihrer höheren Geschwindigkeit ein größeres Volumen ausfüllen. Es erhöht sich also das Volumen und die Dichte wird damit geringer. Im gasförmigen Zustand ist die maximale Unordnung erreicht und die Atome verteilen sich dementsprechend gleichmäßig über den maximal zur Verfügung stehenden Raum. Festes Wasser hat eine geringere Dichte als flüssiges Wasser, es schwimmt (=anomales Verhalten). Es gilt: -je größer die Temperatur des Wassers, desto kleiner die Dichte -je kleiner die Temperatur des Wassers, desto größer die Dichte Außer:
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Längenänderung von Festkörpern(von Albin Zehe, Dominik Heusinger, Stefanie Brix) Alle Festkörper dehnen sich bei Erwärmung aus, jedoch nicht alle gleichmäßig (linear). Dafür ist der jeweilige Längenausdehnungskoeffizient verantwortlich. Dieser ist bei jedem Stoff anders. Es kann berechnet werden, um wie viel cm sich ein Stoff ausdehnt und zwar mit dieser Formel: Δl = α ּ lo ּ Δδ oder: Volumenänderung = Volumenausdehnungskoeffizient ּ Ausgangslänge ּ Temperaturänderung
Beispiel: Man erwärmt ein Eisenrohr der Länge 1 Meter um 20°C. Gegeben: α = 0,000.012 1/°C; lo = 1m; Δδ = 20°C Gesucht: Δl Lösung: Δl = α ּ lo ּ Δδ = 0,000.012 1/°C ּ 1m ּ 20°C = 0,00024 m Das Rohr wird dadurch also 0,00024 m länger, das sind 0,24 mm. Einige Beispiele dazu könnt ihr euch hier ansehen, Übungen findet ihr auf dieser und dieser Seite. |
Volumenänderung von GasenAlle Gase dehnen sich unter Wärmezufuhr ungefähr gleich aus, wenn der Druck konstant ist. Die Ausdehnung hängt vom Anfangsvolumen und der Temperaturänderung ab. |