Aufgaben zur Wärmelehre¶
Temperatur und Wärme¶
Die folgenden Aufgaben beziehen sich auf den Abschnitt#Temperatur und WÀ¤rme.
(*) Wie viel Grad Fahrenheit entsprechen einer Temperatur von
?
(*) Ab einer Körpertemperatur von über
spricht man bei einem Menschen von „hohem Fieber“. Wie viel Kelvin beziehungsweise Grad Fahrenheit entsprechen dieser Temperatur?
Wärmekapazität und Phasenübergänge¶
Die folgenden Aufgaben beziehen sich auf den Abschnitt Wärmekapazität und Phasenübergänge.
(**) Welche Wärmemenge
ist nötig, um
Eis mit einer Temperatur von
und einer spezifischen Schmelzwärme von
zu schmelzen? Auf welche Temperatur
könnten
Wasser mit einer Temperatur von
und einer spezifischen Wärmemenge von
mit der gleichen Wärmemenge erwärmt werden?
(**) Wie viel Energie ist mindestens notwendig, um
Wasser mit einer spezifischen Wärmekapazität von
zum Sieden zu bringen, wenn die Temperatur des Wassers zunächst
beträgt? Wie lange dauert dieser Vorgang mindestens, wenn die Heizleistung
beträgt? (Wärmeverluste sollen bei dieser Aufgabe vernachlässigt werden.)
Ausbreitung von Wärme¶
Die folgenden Aufgaben beziehen sich auf den Abschnitt Ausbreitung von Wärme.
(*) Wie groß ist der Wärmestrom
durch ein
großes Fenster mit einfacher,
dicker Verglasung (Wärmeleitfähigkeit
), wenn die Temperatur an der Innenseite
und an der Außenseite
beträgt?
(**) Wie groß ist der Wärmestrom
durch ein
großes Fenster mit doppelter Verglasung (Dicke der Scheiben je
, Wärmeleitfähigkeit
), zwischen denen ein
breiter Luftspalt mit einer Wärmeleitfähigkeit von
liegt? Die Temperatur an der Innenseite beträgt wiederum
und an der Außenseite
.
(**) Um welchen Faktor steigt die Leistung der Wärmestrahlung eines schwarzen Körpers, wenn man seine Oberflächentemperatur verdoppelt? Um welchen Faktor steigt die Strahlungsleistung, wenn die Oberflächentemperatur von
auf
erhöht wird?
Ausdehnung bei Erwärmung¶
Die folgenden Aufgaben beziehen sich auf den Abschnitt Ausdehnung bei Erwärmung.
(*) Im Hochsommer wird ein Lineal aus Metall in der Sonne liegen gelassen und erwärmt sich. Kann man das erhitzte Lineal weiterhin – trotz der Ausdehnung bei Erwärmung – zur Längenmessung verwenden?
(*) Ein Bimetall-Streifen besteht aus zwei aufeinander gewälzten Blechstreifen, beispielsweise aus Aluminium
und Chrom-Stahl
. In einem Bügeleisen soll sich der Bimetallstreifen bei ausreichender Erwärmung nach oben verbiegen und die Heizung unterbrechen. Welches Metall muss oben, welches unten liegen?
(*) Wie lang wird ein
langer Kupferdraht
, wenn er um
erhitzt wird?
(*) Welchen Längenschwankungen ist eine bei einer Temperatur von
insgesamt
lange Brücke aus Beton
unterworfen, wenn sie im Winter auf
abkühlt beziehungsweise sich im Sommer auf
erhitzt?
(*) An einem Sommertag scheint die Sonne auf einen Tank aus Stahl
mit einem Volumen von
; der Tank erhitzt sich dabei von
auf
. Auf welches Volumen dehnt sich der Tank aus? Um welches Volumen würde sich ein gleiches Volumen an Benzin
bei gleicher Temperaturdifferenz ausdehnen?
(*) Inwiefern verhält sich Wasser bei der Ausdehnung durch Erwärmung anders als andere Flüssigkeiten?
(*) Warum erhitzt sich beim Zusammendrücken einer Luftpumpe die Luft (und damit auch die Luftpumpe)? Wie lässt sich dieser Effekt mit Hilfe des Teilchenmodells erklären?
(**) Wie verändert sich die Molekülbewegung eines idealen Gases bei der Abkühlung bis zum absoluten Nullpunkt? Was passiert mit realen Gasen, bevor sie den absoluten Nullpunkt erreichen?
(**) Ein Gas mit einem Volumen von
, einem Druck
und einer Temperatur
wird erwärmt. Dabei steigt seine Temperatur auf
; gleichzeitig wird der Druck auf
erhöht. Welches Volumen nimmt das Volumen nach dieser Zustandsänderung an?
(*) Ein ungeheiztes Zimmer mit einer Fläche von
und einer Höhe von
wird im Winter von
auf
aufgeheizt. Wie viel Luft muss dabei aus dem Zimmer entweichen, wenn der Luftdruck während der Erwärmung konstant bleibt?
(**) Ein Druckbehälter mit einem Volumen von
ist mit Luft gefüllt, wobei der Überdruck
beträgt. Wieviel Luft mit einem normalen Atmosphärendruck
müssen zusätzlich in den Behälter gepumpt werden, damit ein Überdruck von
entsteht?
Allgemeine Gasgleichung¶
Die folgenden Aufgaben beziehen sich auf den Abschnitt Allgemeine Gasgleichung.
(**) Wie viele Moleküle sind ungefähr in
Luft unter Normbedingungen enthalten?
(**) Wie groß ist die Dichte von Luft in einem Gefäß, wenn dieses bei einer Temperatur von
bis auf ein Ultrahochvakuum mit einem Restdruck von
leergepumpt wird? Wie viele Teilchen befinden sich dabei in
dieses Restgases?
Weitere Aufgaben zur Physik von Gasen gibt es im Abschnitt Mechanik der Gase.
Anmerkungen: