Benutzer:Buss-Haskert/Wärmelehre

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QR Code zum Lernpfad Wärmelehre HLR.jpg
Künstler: Anonimski
Künstler: Hustvedt
Infrared forehead thermometer, made in China 2.jpg

Sonnenenergie und Wärme

1 Temperatur und Temperaturmessung

1.1 Unser Temperatursinn

Experiment - Unser Temperatursinn

Halte eine Hand ca. eine Minute lang in kaltes Wasser, die andere Hand in warmes Wasser. Dann tauche beide Hände anschließend in lauwarmes Wasser.
Beschreibe, was du empfindest.

Experiment Temperatursinn.jpg

Die Hand, die zuerst im warmen Wasser war, empfindet das lauwarme Wasser als kalt. Die Hand, die zuerst im kalten Wasser war, empfindet das lauwarme Wasser als warm.

Unser Temperatursinn kann uns täuschen.
Unser Temperatursinn kann uns täuschen. Um Temperaturen genau und zuverlässig zu bestimmen, müssen wir Thermomenter verwenden.


Begriff: Temperatur
Die Temperatur gibt an, wie heiß oder kalt ein Körper ist.


1.2 Das Flüssigkeitsthermometer

Um Temperaturen genau und zuverlässig zu bestimmen, müssen wir Thermomenter verwenden.

Das Flüssigkeitsthermometer

Flüssigkeitsthermometer besitzen teils verschiedene Messbereiche und Formen, je nachdem, wo sie eingesetzt werden. Der Aufbau und die Funktionsweise sind bei allen Flüssigkeitsthermometern gleich. Aufbau:
Aufbau Flüssigkeitsthermometer .jpg

Der Messbereich dieses Thermometers geht von -20°C bis 40°C, es ist also z.B. geeignet, um draußen Temperaturen zu messen.


Übung - Flüssigkeitsthermometer
Bearbeite die nachfolgenden Learningapps.


1.3 Wir messen Temperaturen

Wir messen Temperaturen

Baue das Experiment wie im Bild gezeigt auf. Miss die Temperatur zu Beginn. Erwärme das Wasser 5 Minuten lang und miss jede Minute die Temperatur.
Bild SV Wir messen Temperaturen.jpg
Beobachtung:

Zeit (in min) Temperatur (in°C)
0
1
2
3
4
5
Wie kannst du deine Beobachtung auch anders darstellen?

Wertetabelle wir messen Temperaturen.jpg

Die Temperatur steigt nahezu gleichmäßig an. Wir können die Messpunkte in einem Zeit-Temperatur-Diagramm übersichtlich darstellen.


Zeit-Temperatur-Diagramm

Wir können die Messpunkte übersichtlich in einem Zeit-Temperatur-Diagramm darstellen.

Zeit-Temperatur-Diagramm zur Wertetabelle.jpg


Übung - Diagramm zeichnen
Bringe in der LearningApp die Schritte zum Zeichnen eines Diagrammes in die richtige Reihenfolge. Beginne mit einem Text, danachdas Bild.


Übung - ANTON App
Bearbeite die Aufgaben zum Thema "Temperatur und Wärme" in der ANTON-App.

2 Flüssigkeiten werden erwärmt und abgekühlt

2.1 Wie heiß kann Wasser werden? Wie kalt kann Wasser werden?

Wie heiß kann Wasser werden?

Baue das Experiment wie im Bild gezeigt auf. Miss die Temperatur zu Beginn. Erwärme das Wasser 10 Minuten lang und miss alle 30 Sekunden die Temperatur.
Bild SV Wir messen Temperaturen.jpg
Beobachtung:

Zeit (in min) Temperatur (in°C)
0
0,5
1
1,5
2
...
Stelle die Messwerte in einem Diagramm dar. Was fällt dir auf?

SV Wie heiß kann Wasser werden Beobachtung .jpg

SV Wie heißt kann Wasser werden Diagramm.jpg
Wasser kann höchsten 100°C heiß werden, sonst verdampft es. Diese Temperatur heißt Siedetemperatur.


Wie kalt kann Wasser werden?

Baue das Experiment wie im Bild gezeigt auf. Miss alle 10 Sekunden die Temperatur. Rühre die Mischung gelegentlich um.
SV Wie kalt kann Wasser werden Bild.jpg
Beobachtung:

Zeit (in sek) Temperatur (in°C)
0
10
20
30
40
...
Stelle die Messwerte in einem Diagramm dar. Was fällt dir auf?

SV Wie kalt kann Wasser werden Beobachtung.jpg

SV Wie kalt kann Wasser werden Diagramm.jpg
Wasser kann nur 0°C kalt werden, sonst gefriert es zu Eis. Diese Temperatur heißt Gefriertemperatur.


Die Celsius-Skala

Lies dir die Informationen auf leifiphysik zur Celsius-Skala durch. Auf der Seite werden unsere beiden Experimente noch einmal simuliert.

Lies danach den Text zu Anders Celsius durch und ergänze den Lückentext.



(Evtl. Zeiten einstellen und nur Teile des Films einstellen)

2.2 Was geschieht, wenn wir Flüssigkeiten erwärmen?

Was geschieht, wenn wir Flüssigkeiten erwärmen? - Schülerexperiment

Aufbau: Wir füllen einen Erlenmeyerkolben vollständig mit Wasser und verschließen ihn mit dem Stopfen, in den ein Glasrohr eingesteckt ist. Dann markieren wir die Höhe des Wasserstandes im Rohr. Nun erwärmen wir den Kolben ca. 3 Minuten lang und beobachten den Wasserstand.
Dann entfernen wir den Spiritusbrenner und beobachten die Flüssigkeit beim Abkühlen.
Zeichnung:
Bild SV Was geschieht, wenn wir Flüssigkeiten erwärmen.jpg

Beobachtung: Notiere deine Beobachtungen.
Beobachtung: Wenn wir das Wasser erwärmen, steigt es im Glasrohr nach oben. Wenn wir es abkühlen lassen, sinkt das Wasser wieder.

Ergebnis/Erklärung: Beim Erwärmen dehnt sich das Wasser aus (es benötigt mehr Platz). Deshalb steigt es nach oben.

Beim Abkühlen zieht es sich zusammen, deshalb sinkt es nach unten.


Ergebnis
Flüssigkeiten dehnen sich beim Erwärmen aus und ziehen sich beim Abkühlen zusammen. Verschiedene Flüssigkeiten dehnen sich unterschiedlich stark aus.
Eselsbrücke: Ausdehnung beim Erwärmen: Im Sommer ist es warm, die Sommerferien sind länger als die Winterferien.😉


Aufgabe 1: Wie funktioniert ein Flüssigkeitsthermometer?
Erkläre mit dem Ergebnis des Experimentes, wie ein Flüssigkeitsthermometer funktioniert.
Die Flüssikgeit im Flüssigkeitsthermometer dehnt sich bei Erhöhung der Temperatur aus und bei Verringerung der Temperatur zieht sie sich zusammen. Je höher die Temperatur ist, desto höher steht die Flüssigkeitssäule im Röhrchen.


Aufgabe 2: Wie funktioniert eine Sprinkleranlage?

Beschreibe mit dem Ergebnis des Experimentes, wie eine Sprinkleranlage funktioniert.

Foto Sprinkler.jpg

Verwende die Texte:

  • ... wird erwärmt ...
  • ... dehnt sich aus ...


Aufgabe 3: Benzintank in der Sonne
Erkläre, warum ein voll getanktes Auto nicht in der Sonne stehen darf.
Die Lösung findest du auf der Seite leifiphysik


Aufgabe 4: Quizze zur Volumenausdehnung





Video von der Seite Physik digital
Ein Flüssigkeitsthermometer bauen:


2.4 Anomalie des Wassers


Aufgabe 5: Hefteintrag
Löse den nachfolgenden Lückentext zu den Besonderheiten des Wassers und übertrage ihn anschließend in dein Heft. Denke an eine Überschrift.

Wasser zeigt beim Abkühlen ein besonderes Verhalten. Bei 4°C hat Wasser die größte Dichte und das kleinste Volumen. Diese Besonderheit heißt Anomalie des Wassers. Wird das Wasser weiter abgekühlt und gefriert, dehnt es sich aus.

Aufgabe 6 - leifiphysik

Löse auf der Seite leifiphysik die Aufgaben



Aufgabe 7 - Schäden durch gefrierendes Wasser
Tina möchte ihr Mineralwasser kühlen und legt die Glasflasche dazu abends in das Gefrierfach. Am nächsten Morgen schaut sie danach. Was ist geschehen? Erkläre!


3 Gase werden erwärmt

Der Flaschengeist

Material und Aufbau: Nimm eine große Glasflasche aus dem Kühlschrank und eine Münze, die die Öffnung verschießt. Feuchte diese vor dem Experiment an. Verschieße mit der Münze die Öffnung der Flasche und umfasse mit dann die Flasche mit deinen Händen.
Zeichnung:
Experiment Flaschengeist.jpg
Beobachtung: Was kannst du beobachten? Notiere!

Ergebnis: Erkläre deine Beobachtung.


Beobachtung: Nach einiger Zeit "springt" die Münze hoch, wir hören ein "klicken".
Erklärung: Die Luft wird erwärmt, deshalb dehnt sie sich aus und drückt die Münze nach oben.


Blasen im Wasserglas

Führe mit dem Material aus den Experimentierkästen das Experiment "Blasen im Wasserglas" durch.
Schreibe ein ausführliches Versuchsprotokoll.
Versuchsbeschreibung: Ein Schlauch führt von einem Erlenmeyerkolben, der mit einem Stopfen mit Glasröhrchen verschlossen ist zu einem mit Wasser gefüllten Becherglas. Die Luft im Erlenmeyerkolben wird mit dem Spiritusbrenner erwärmt. Beobachte das Becherglas!
Dann wird der Spiritusbrenner entfernt. Beobachte!
Zeichnung:
Bläschen im Wasserglas (SV).jpg
Beobachtung: Notiere deine Beobachtungen.

Ergebnis: Erkläre deine Beobachtungen


Beobachtung: Wird die Luft erwärmt, steigen nach einiger Zeit im Wasser Bläschen auf.
Kühlt die Luft wieder ab, steigt Wasser im Schlauch hoch.

Bläschen im Wasserglas SV .jpg

Erklärung: Die Luft im Erlenmeyerkolben wird erwärmt und dehnt sich aus. Sie geht durch den Schlauch bis in das Becherglas mit Wasser und dort steigen Luftbläschen auf.

Kühlt die Luft wieder ab, zieht sie sich wieder zusammen. Dabei zieht sie das Wasser aus dem Becherglas in den Schlauch hinein.


Aufgabe 8 - Der Luftballon auf der Heizung
Tim stülpt einen Luftballon über eine Flasche und stellt diese auf die auf die Heizung. Was kann er nach einigen Minuten beobachten? Erkläre!


Beobachtung: Der Luftballon richtet sich über dem Flaschenhals auf.

Erklärung: Die Luft in der Flasche dehnt sich beim Erwärmen aus, weil sich die Teilchen stärker bewegen.



Aufgabe 9 - Schlauchboot im Sommer
Warum solltest du ein voll aufgeblasenes Schlauchboot zum Trocknen im Sommer nicht in die pralle Sonne legen? Begründe!

4 Feste Körper werden erwärmt

4.1 Was geschieht, wenn wir feste Körper erwärmen?

Was geschieht wenn wir feste Köper erwärmen? - Schülerexperiment

Versuchsbeschreibung: Schiebe die Stäbe so eng zusammen, dass der Ring gerade noch hindurchpasst. Halte ein wenig Abstand von den Kunststoff-Klemmschiebern. Halte den Ring mit dem Gummihandschuh fest und erwärme ihn über dem Sprititusbrenner. Passt er jetzt noch durch die Stäbe?
Kühle den Ring mit Wasser ab und versuche es erneut.
Zeichnung:
SV Passt der Ring noch?.jpg
Beobachtung: Formuliere deine Beobachtung.

Ergebnis/Erklärung: Formuliere das Ergebnis des Experimentes gemeinsam mit deiner Gruppe.
Der Ring passt nach dem Erwärmen nicht mehr zwischen den Stäben hindurch, er klemmt. Kühlen wir ihn ab, passt er wieder durch.
Feste Körper (hier der Ring) dehnen sich beim Erwärmen aus und ziehen sich beim Abkühlen zusammen.


Was geschieht, wenn wir eine Eisenkugel erwärmen? - Demonstrationsexperiment

Eine Eisenkugel passt im kalten Zustand genau durch ein Loch. Nun wird die Kugel über dem Sprititusbrenner erwärmt.
Zeichnung:
Experiment Eisenkugel passt nicht mehr durch das Loch 1.jpg Experiment Eisenkugel passt nicht mehr durch das Loch 2.jpg

Beobachtung:

Ergebnis/Erklärung: Formuliere das Ergebnis des Experimentes gemeinsam mit deiner Gruppe.


Bolzensprengung:
Beim Erwärmen und Abkühlen von festen Körpern können große Kräfte auftreten:

4.2 Ausdehnung verschiedener fester Körper

Die Wärmeausdehnung fester Körper - Demonstrationsexperiment

Beobachtung: Das Messingrohr dehnt sich um 0,85 mm aus. Das Eisenrohr dehnt sich um 0,51 mm aus und das Glasrohr nur um 0,14 mm.

Ergebnis: Verschiedene feste Körper dehnen sich unterschiedlich stark aus.


Übung 9

Bearbeite die folgenden Aufgaben auf der Seite leifiphysik:

4.3 Das Bimetall

Ein Bimetallstreifen besteht aus zwei unterschiedlichen Metallen, die fest miteinander verbunden sind.


Das Bimetall - eine krumme Sache

Aufbau: Spanne den Bimetallstreifen in die Doppelmuffe. Erhitze den Bimetallstreifen über dem Spiritusbrenner. Was passiert?
Nimm den Bimetallstreifen mit dem Gummihandschuh aus der Halterung und kühle ihn mit Wasser. Was beobachtest du?
Drehe den Bimetallstreifen nun so, dass die untere und obere Seite vertauscht werden, spanne ihn erneut ein und erhitze ihn. Was passiert nun?
Zeichnung:
SV Bimetall.jpg
Beobachtung: Notiere deine Beobachtungen.

Erklärung: Formuliere das Ergebnis des Experimentes gemeinsam mit deiner Gruppe.


Der Bimetallstreifen biegt sich nach oben bzw nach unten. Wird er abgekühlt, geht er in die ursprüngliche Form zurück.
Die beiden Metalle dehnen sich beim Erwärmen unterschiedlich stark aus. Daher biegt sich der Bimetallstreifen zu der Seite hin, die sich weniger stark ausdehnt.


Übung 10
  • Erkläre, wie der der Ventilator im Video ein- und ausgeschaltet wird.
  • Erkläre, wie du ein Thermometer mithilfe eines Bimetalls basteln kannst.
  • Erkläre, wie das Bimetall bei dem Feuermelder eingebaut wird.



5 Die Aggretatzustände im Teilchenmodell

Die Aggregatzustände im Teilchenmodell

Physiker*innen nutzen Modelle, um die Erscheinungen, die sie beobachten, zu erklären. Das Teilchenmodell ist ein Modell, um die verschiedenen Aggregatzustände FEST - FLÜSSIG - GASFÖRMIG zu erklären.
Informiere dich:

Löse anschließend die LearningApps.



Übung 11
Löse die nachfolgenden LearningApps zum den Aggregatszuständen im Teilchenmodell.