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Themenheft Physik Wärmelehre

Materia

Mecánica De Fluidos

207 Documentos

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Universidad

Instituto Politécnico Nacional

Año académico: 2020/2021

Subido por:

Jorge Vega Rodríguez

El Colegio de México

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Examen

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Michael Maiworm

Themenheft

Wärmelehre

Arbeitsblätter für den deutschsprachigen Fachunterricht an Auslandsschulen

Physik

Inhaltsverzeichnis

Blatt 1: Warm und kalt

Blatt 2: Ein Thermometer – selbst gebaut

Blatt 3: Celsius, Fahrenheit, Kelvin – die Temperaturskalen

Blatt 4: Feste Stoffe dehnen sich aus

Blatt 5: Das Bimetall

Blatt 6: Das Wasser ist eine besondere Flüssigkeit (Teil 1)

Blatt 7: Das Wasser ist eine besondere Flüssigkeit (Teil 2)

Blatt 8: Die Bewegung der kleinsten Teilchen

Blatt 9: Wärme und innere Energie

Blatt 10: Wärme und Temperatur (Teil 1)

Blatt 11: Wärme und Temperatur (Teil 2)

Blatt 12: Schmelzen und Sieden

Blatt 13: Kondensieren und Erstarren

Blatt 14: Was passiert, wenn eine Flüssigkeit verdunstet?

Blatt 15: Wie funktioniert der Kühlschrank?

Blatt 16: Wie funktioniert der Viertakt – Ottomotor?

Blatt 17: Die Teile eines Viertakt - Ottomotors

Blatt 18 Der Zweitakt - Ottomotor

Blatt 19: Der Dieselmotor

Blatt 20: Elektrische Energie durch Wärme

Blatt 21: Nun rate ́mal ...

Blatt 22 : Wortliste Wärmelehre

Grundkonzeption, Layout und Herausgeber Autor Michael Maiworm Deutsche Schule Michael Maiworm Mexiko-Stadt (Xochimilco) michaelmaiworm@cityweb Zeichnungen und FotosJosé Antonio Arean Álvarez Michael Maiworm

Das Werk und seine Teile sind urheberrechtlich geschützt. „Die öffentliche Zugänglichmachung eines für den Un- terrichtsgebrauch an Schulen bestimmten Werkes ist stets nur mit Einwilligung des Berechtigten zulässig“ (§52a, Abs. 2 UrhG). Diese Regelung betrifft auch das Kopieren von Einzelseiten.

Datum: __________________

Ein Thermometer – selbst gebaut

Beschreibe den Versuch (Dabei kannst du das Wortgeländer benutzen. Achte auf den richtigen Fall!).

(Zuerst, geben, -e Thermometerflüssigkeit, -r Erlenmeyerkolben. Dann, stecken, -r Stopfen mit Glasrohr, -r Erlenmeyerkolben)

______________________________________________________________

(geben, -s Thermometer, -s Gefäß mit Eiswasser, markieren, 0 °C)

______________________________________________________________

(geben, -s Thermometer, -s Gefäß mit siedendem Wasser, markieren, 100 °C)

______________________________________________________________

(teilen, Strecke, 0°C, 100 °C, 100 gleiche Abschnitte)

Datum: __________________

Celsius, Fahrenheit, Kelvin – die Temperaturskalen

Die Thermometer in eurem Haus haben eine Celsius – Skala. Auch der mexikanische Wetterbericht gibt die Temperatur in °C (Grad Celsius) an. In den USA benutzt man eine andere Temperaturskala: Zum Beispiel gibt der Wetterbericht in den USA die Temperatur in „Grad Fahrenheit“ an. In der Wissenschaft gibt es eine dritte Temperaturskala: Die Kelvin – Skala. Was ist der Unterschied zwischen den Temperaturskalen? Der Schwede Anders Celsius (1701 – 1744) schlug im Jahr 1742 vor, die Schmelztemperatur von Eis (das ist die Temperatur, bei der Eis flüssig wird) und die Siedetemperatur von Wasser (das ist die Temperatur, bei der Wasser kocht) als „Fixpunkte“ zu verwenden. Zwischen 0 °C und 100 °C teilte er die Skala in 100 gleiche Teile. Nach oben und nach unten erweiterte er die Skala mit der gleichen Einteilung. Etwa 30 Jahre vorher entwickelte Daniel Gabriel Fahrenheit (1686 – 1736) eine andere Skala: Er nahm als unteren Fixpunkt (0 °F) die Tempe- ratur einer Kältemischung (eine Mischung aus Wasser, Eis und Salmiak- salz). Als oberen Fixpunkt (100 °F) nahm er die Körper-temperatur eines gesunden Menschen. Die tiefste Temperatur ist -273 °C. Man kann einen Körper nicht tiefer abkühlen. Lord Kelvin (1824 – 1907) wählte diese Temperatur als Null- punkt seiner Skala. Der Abstand zwischen 0 K und 1 K ist genau so groß wie der Abstand zwischen 0 °C und 1°C. Wörterbuch: -e Skala, -s: la escala -r Wetterbericht, -e: el boletín meterológico verwenden: usar erweitern: ampliar entwickeln: desarrollar

Bilde fünf Sätze zu den Temperaturskalen.

1. _________________________________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________________________________

2. _________________________________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________________________________

3. _________________________________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________________________________

4. _________________________________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________________________________

5. _________________________________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________________________________

Bei der Celsiusskala Bei der Fahrenheitskala Bei der Kelvinskala

die tiefste Temperatur, die Schmelztemperatur die Temperatur die Siedetemperatur

ist der

des menschlichen Körpers. von Wasser. die es gibt. einer Kältemischung. von Eis.

untere Fixpunkt obere Fixpunkt

Datum: __________________

Das Bimetall

Wir können das Wort Bimetall (-s Bimetall, -e) mit dem Wort „Zweimetall“ (bi = zwei) übersetzen. Das Bimetall besteht aus zwei verschiedenen Metallen, die fest mitei- nander verbunden sind. Wenn wir diese Metalle erwärmen, dann dehnen sich unterschiedlich stark aus. Zum Beispiel kannst du ein Bimetall aus Aluminium und aus Eisen herstellen. Das Eisen dehnt sich wenig aus, wenn man es erhitzt. Das Aluminium dehnt sich stark aus, wenn man es erhitzt. Weil beide Metalle fest miteinander ver- bunden sind, biegt sich das Bimetall.

Wie wird ein Bimetall gemacht? Bilde sechs Sätze in der richtigen Reihenfolge. Setze dazu die Wörter in der richtigen Form in das Passiv.

1. ___________________________________________________________________________________________ _

________________________________________________________________________________________________

2. ________________________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________________________

3. ________________________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________________________

4. ________________________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________________________

5. ________________________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________________________

6. ________________________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________________________

Anschließend Zuerst Zuletzt Dann Dadurch

wird werden

die Platte aus zwei verbundenen Metallen die Platten auf über 1000 °C zwei Platten aus verschiedenen Materialien die Bimetall-Platte in Streifen die Platten fest miteinander die glühenden Platten

aufeinander pressen schneiden verbinden herstellen walzen erhitzen

glühende Platten verbundene Metalle

Datum: __________________

Das Wasser ist eine besondere Flüssigkeit (Teil 1)

In der Mitte des Becherglases ist eine dicke Pappe. In der linken Hälfte ist farbiges warmes Wasser und in der rechten Hälf- te ist kaltes Wasser. Dann zieht man die dicke Pappe vorsichtig nach oben.

Zeichne das Wasser im rechten Bild ein.
Beschreibe deine Beobachtungen.

Erkläre den Versuch. Erstelle aus den Satzteilen einen sinnvollen Text. (auf den Boden, und steigt, Kaltes Wasser, nach oben, Wenn man, hat eine, Es sinkt, das Wasser erwärmt, große Dichte, dann dehnt es sich aus) Kaltes Wasser ____________________________________________________________________________________

Ergänze den Text:  Wenn wir eine Flüssigkeit erwärmen, dann ___________________________________________________________  Wenn wir eine Flüssigkeit abkühlen, dann ____________________________________________________________

Datum: __________________

Die Bewegung der kleinsten Teilchen

Lies den Text sorgfältig durch.
Markiere im Text die „Sinnabschnitte“ (durch horizontale Linien).
Schreibe aus jedem Sinnabschnitt die Wörter, die dir wichtig erscheinen, in die mittlere Spalte.
Entwickle eigene „Merksätze“ zu jedem Sinnabschnitt. Schreibe diese Sätze in die rechte Spalte.

Text Wichtige Wörter „Merksätze“

Im Jahr 1827 machte der englische Arzt und Botaniker Ro- bert Brown eine interessante Entdeckung: Brown interessier- te sich besonders für den Inhalt von Pollen. Er zerkleinerte einige Körner in einem Tropfen Wasser. Die winzigen Stü- cke aus den Pollen beobachtete er mit einem Mikroskop. Er war sehr erstaunt als er feststellte, dass sich diese Partikel immer regellos und durcheinander bewegten. Zuerst glaubte Robert Brown, dass er kleine Lebewesen beobachtet hatte. Aber später sah er, dass sich auch Körner aus Staub und so- gar kleine Körner aus Metall bewegten. Und diese Körner konnten nicht leben! Später fanden die Wissenschaftler eine Erklärung für die Beobachtung von Robert Brown. Die grö- ßeren Partikel, die Robert Brown beobachtete, werden stän- dig von den unsichtbaren, viel kleineren Wasserteilchen (Mo- lekülen) angestoßen. Es sind die Wassermoleküle, die sich ständig bewegen! Die Ursache für die unregelmäßigen Be- wegungen der Pollenpartikel war also die Bewegung der Wassermoleküle. Auch heute noch nennt man die unregel- mäßige Bewegung der Partikel Brown ́sche Bewegung. Nicht nur die Wassermoleküle bewegen sich ständig. Später fanden Wissenschaftler heraus, dass sich alle Atome und alle Mole- küle ständig bewegen. Die Geschwindigkeit der einzelnen Moleküle oder Atome ist aber sehr unterschiedlich, deshalb sprechen wir nur von der mittleren Geschwindigkeit aller Moleküle oder Atome. Seit ca. 100 Jahren kann man auch die mittlere Geschwindigkeit der kleinsten Teilchen berechnen. Wenn die Temperatur steigt, dann wird die mittlere Ge- schwindigkeit der Teilchen größer. Bei tiefen Temperaturen bewegen sich die kleinsten Teilchen nur langsam. Bei - 273,16 °C bewegen sich die Atome oder Moleküle nicht mehr. Dies ist die tiefste Temperatur, die ein Körper haben kann. Wir nennen diese Temperatur „absoluter Nullpunkt“.

Wörterbuch -s Korn, ̈-er: el grano beobachten: observar -s Partikel, -n: la particula sinken: bajar -r Pollen, -: el polen steigen: subir -r Staub, -e: el polvo verwenden: usar -e Vermutung, -en: la suposición

Datum: __________________

Wärme und innere Energie

Wie können wir die Temperatur von Wasser erhöhen? Beschreibe die drei Möglichkeiten.
1. Möglichkeit: 2. Möglichkeit: 3. Möglichkeit:

null

Wir können ____________________

Willst du die Temperatur eines Körpers erhöhen, musst du dem Körper Energie zuführen. Zum Beispiel kannst du einen heißen Eisenkörper in das kalte Wasser geben. Das Eisen gibt dann Energie an das kalte Wasser ab - so lange, bis beide Körper die gleiche Temperatur ha- ben. Dann haben auch die kleinsten Teilchen in beiden Stoffen die gleiche Energie. Wir sagen: Sie haben die gleiche Bewegungsenergie. Die Bewegungsenergie aller Teilchen heißt innere Energie. Wenn sich ein heißer Körper und ein kalter Körper berühren (oder vermischen), dann wird Energie übertragen. Die Energie, die übertragen wird, nennen wir Wärme.

Bilde zwei sinnvolle Sätze aus dem Satzpuzzle.

___________________________________________________

Datum: __________________

Stoff

spezifische Wärme- kapazität c in

kg K

kJ  Eis 2, Sand 0, Beton 0, Glas 0, Eisen 0, Blei 0, Wasser 4, Alkohol 2, Benzin ca. 2, Wasserstoff 14, Luft 1, Kohlenstoffdioxid 0,

Wärme und Temperatur (Teil 2)

Versuch Wir erwärmen 0,2 kg Wasser für 60 Sekunden. Wir messen die Temperatur vor dem Erhitzen und nach dem Erhitzen. Dann erhitzen wir 0,1 kg Wasser und 0,1 kg Sand für 60 Sekunden und messen wieder.

0,2 kg Wasser in 60 Sekunden: Anfangstemperatur: T 0 = ________ K Endtemperatur: T 5 = ________ K Temperaturerhöhung: T = T 5 – T 0 = _______ K

0,1 kg Wasser und 0,1 kg Sand in 60 Sekunden: Anfangstemperatur: T 0 = ________ K Endtemperatur: T 6 = ________ K Temperaturerhöhung: T = T 6 – T 0 = _______ K

Der Zusammenhang zwischen der Wärme und dem Stoff: Wenn wir die gleiche Wärme in den Sand und in das Wasser geben, dann steigt die Temperatur bei ___________________ stärker an als bei _________________________. Bei verschiedenen Stoffen müssen wir verschieden viel Wärme zugeben, damit sich diese Stoffe erwärmen. Wir brauchen auch unterschiedlich viel Wärme, wenn wir verschiedene Massen der Stof- fe erwärmen. Wenn wir die Stoffe um verschiedene Temperaturdifferenzen erwärmen wollen, dann brauchen wir auch un- terschiedlich Wärme. Wenn wir die Stoffe vergleichen wollen, dann müssen wir die „spezifische Wärmekapazität“ wissen. Wir beziehen uns auf 1 kg eines Stoffes und auf eine Temperaturerhöhung um 1 K.

Erstelle den Merksatz:

Durch die drei Versuche hast du festgestellt: Die Wärme, die du brauchst um einen Stoff zu erwärmen, hängt ab von: - der spezifischen Wärmekapazität c - der Masse m - und der Temperaturerhöhung T

Du kannst die Wärme so berechnen: WärmespezärmekapazitätMasseTemperaturdifferenz Q cm T

Datum: __________________

Schmelzen und Sieden

Wenn du Eis erwärmst, dann schmilzt es. Es wird zu Wasser. Wenn du das Wasser weiter erhitzt, dann verdampft es. Es wird zu Wassergas. Das Diagramm zeigt dir den Verlauf der Temperatur. Schneide das Diagramm aus und klebe es in dein Heft. Schneide dann die Sprechblasen aus und klebe sie an die richtige Stelle.

Durch die zugeführte Energie verdampft das Wasser. Wir nennen diese Energie „Ver- dampfungswärme“.

Das Wasser ist gasförmig.

Durch die zuge- führte Energie steigt die Tem- peratur des Ei- ses.

Das Wasser ist fest.

Durch die zugeführte Energie schmilzt das Eis. Wir nennen diese Energie „Schmelz- wärme“.

Die Tempe- ratur bleibt konstant.

Durch die zugeführ- te Energie steigt die Temperatur des Wassergases.

Die Tempera- tur bleibt konstant.

Durch die zuge- führte Energie steigt die Tempera- tur des Wassers.

Das Wasser ist flüssig.

Datum: __________________

Was passiert, wenn eine Flüssigkeit verdunstet?

Wenn eine Flüssigkeit verdunstet, dann wird die Flüssigkeit gasförmig. Wir sprechen vom Verdunsten (–s Verdunsten), wenn die Flüssigkeit schon unterhalb des Siedepunktes gasförmig wird. 1. Aufgabe: Ergänze den Lückentext: Das Wasser besteht aus sehr vielen kleinsten Wassermolekü- len. Im Wasser bewegen sich die Moleküle unterschiedlich schnell. An den schnellen Moleküle siehst du im Bild links ei- nen langen Pfeil; an den langsamen Molekülen siehst du im Bild links einen kurzen Pfeil. Es gibt _____________________ und ____________________ Mo- leküle. Im Bild siehst du _____________ schnelle Wasser- moleküle und _______________ langsame Wassermoleküle. Die innere Energie der Flüssigkeit ist die _________________ der Bewegungsenergie ______________ Teilchen (Atome, Moleküle). (Setze ein: langsame, wenige, aller, Summe, schnelle, viele)

Wenn das Wasser verdunstet, dann verlassen einige Wasser- moleküle die Flüssigkeit. Sie bilden dann das _____________________________________ Wasser. Nur die _____________________ Moleküle haben genug Bewe- gungs-energie, um die Flüssigkeit zu verlassen. In dem Bild sind im flüssigen Wasser noch _____________ schnelle Mo- leküle und ____________ langsame Moleküle. Die innere Energie der Flüssigkeit ist ____________________, also ist die Temperatur ______________________________. (Setze ein: viele, geringer, schnellen, wenige, gasförmige, niedriger)

 Wenn eine Flüssigkeit verdunstet, dann braucht sie Energie. Diese Energie kommt aus der Flüssigkeit selbst. Wir nennen diesen Vorgang Verdunstungskühlung (-e Verdunstungskühlung, -en).

Aufgabe: Wenn du dich nach dem Baden nicht abtrocknest, dann frierst du häufig. Erkläre. (Benutze dabei die folgenden Wörter: Wasser, verdunsten, Energie, aus dem Wasser, Temperatur, sinken)

Wasser

Datum: __________________

1: -r Verdampfer 2: -r Kompressor 3: -r Verflüssiger 4: -s Kapillarrohr

Wie funktioniert der Kühlschrank?

In einem Kühlschrank gibt es den Verdampfer, in dem ein flüs- siges Kühlmittel verdampft. Das Kühlmittel ist ein Gemisch aus Butangas und Propangas. Dazu braucht das Kühlmittel Ver- dampfungswärme, die aus den Gegen-ständen im Kühlschrank kommt. Die Temperatur im Kühlschrank sinkt. Das nun gas- förmige Kühlmittel wird von einer Pumpe (dem Kompressor) aus dem Kühlschrank gepumpt und zusammen gepresst. Der Druck des gasförmigen Kühlmittels erhöht sich. Dann kommt es in den Verflüssiger auf der Rückseite des Kühl- schrankes. Im Verflüssiger ist ein hoher Druck, deshalb kon- densiert das Kühlmittel (es wird flüssig). Beim Kondensieren gibt das Kühlmittel Kondensationswärme nach außen ab. Du kannst dies spüren, wenn du an die Rückseite des Kühlschranks fasst. Das flüssige Kühlmittel fließt (unter hohem Druck) durch ein enges Rohr (Kapillarrohr) wieder zurück zum Ver-dampfer. Der Druck hinter dem Kapillarrohr ist niedrig. Das Kühlmittel verdampft wieder; der gleiche Vorgang fängt wieder an.

Beschreibe die Vorgänge im Kühlschrank. Verdampfer:

(Verwende die Wörter: Kühlmittel, verdampfen, Verdampfungswärme) Kompressor:

(Verwende die Wörter: Kühlmittel, pumpen)) Verflüssiger:

(Verwende die Wörter: Druck, kondensieren, Kühlmittel, Kondensationswärme)) Kapillarrohr:

(Verwende die Wörter: enges Rohr, Druck )

hell: gasförmig dunkel: flüssig

Datum: __________________

Die Teile eines Viertakt - Ottomotors

-e Zündkerze, -n
– s Einlassventil, -e
– s Benzin – Luft – Gemisch
– r Kolben, -
– e Kurbelwelle, -n
– e Schwungmasse, -n
– s Motoröl, -e
– e Ölwanne, -n
– e Pleuelstange, -n
– r Kolbenring, -e
– r Zylinder, -
– s Auslassventil, -e

„Der heiße Stuhl“ Im Bild siehst du zwölf Teile eines Viertakt – Ottomotors und ihre Namen.

Lerne die Namen mit dem richtigen Artikel und dem Plural.
Ein(e) Schüler(in) aus deiner Klasse geht nach vorne und setzt sich auf den „heißen Stuhl“.
Diese(r) Schüler(in) wettet mit der Klasse, wie viele Namen er/sie richtig wiedergeben kann. Dann beginnt das Spiel.
Ein(e) Schüler(in) aus der Klasse stellt der Person auf dem heißen Stuhl eine Frage, die mit einem der zwölf Be- griffe (mit Artikel und Plural) beantwortet werden muss (Ein Beispiel: Frage: „Wie heißt das Teil, das das Ben- zin – Luft – Gemisch entzündet?“ Antwort: „Die Zündkerze, die Zündkerzen“).
Die Person auf dem heißen Stuhl hat gewonnen, wenn sie alle vorhergesagten Wörter richtig nennen kann.

Datum: __________________

Takt
Takt

Der Zweitakt – Ottomotor

Viele kleine Fahrzeuge und Geräte haben Zweitaktmotoren. Vom Viertaktmotor kennst du die Vorgänge, die in einem Zy- linder ablaufen: Ansaugen, Verdichten, Arbeiten, Auspuffen. Sie gibt es auch beim Zweitaktmotor - nur laufen hier immer mehrere Vorgänge gleichzeitig ab: 1. Ergänze die Lückentexte. 1. Takt: Die Zündkerze (1) hat das Gemisch gezündet. Dadurch wird der Kolben (2) im Zylinder __________________ gedrückt. Vorher ist das ________________ _____________________ durch den Ansaugkanal (5) in das Kurbelgehäuse (4) ge- strömt. Der Kolben ______________________ den Ansaugkanal (5) und presst das neue Gemisch etwas zusammen (Vorverdichtung). Dann gibt er sowohl den Abgas- kanal (6) als auch den Überströmkanal (3) frei, sodass die Abgase ______________________. Zugleich strömt das schon das neue Gemisch durch den Überströmkanal (3) in den Zylinder. Setze ein: nach unten, schließt, entweichen, neue Gemisch

Takt: Der Kolben bewegt sich wieder nach oben. Der Überströmkanal und Abgas- kanal sind geschlossen, das Gemisch wird ____________________________. Der Kolben bewegt sich nach oben, dadurch gibt es im Kurbelgehäuse einen _______________________. Durch den ________________________ strömt neues Gemisch ein. Setze ein: Unterdruck, verdichtet, Ansaugkanal
Beschrifte die Zeichnung zum 1. Takt (Finde auch den Artikel und Plural). 1: ___________________________________________________________________ 2: ___________________________________________________________________ 3: ___________________________________________________________________ 4: ___________________________________________________________________ 5: ___________________________________________________________________ 6: ___________________________________________________________________

Die Vorteile und die Nachteile eines Zweitakt – Ottomotors: Zweitaktmotoren haben keine Ventile und keinen Mechanismus, um die Ventile zu steuern. Deshalb sind sie weniger kom- pliziert, haltbarer und leichter als Viertakt-Motoren mit der gleichen Leistung. Jeder zweite Takt ist ein Arbeitstakt, sie sind gut geeignet für Einzylindermotoren. Ein Nachteil von Zweitaktmotoren ist, dass sich im Zylinder die Abgase und die Benzingase vermischen. In den Abgasen ist deshalb auch unverbranntes Benzin. Ein weiterer Nachteil ist, dass ein Zweitaktmotor ein Gemisch aus Benzin und Öl braucht. Das Öl muss die Kurbelwelle schmieren. Das Öl verbrennt mit. Man sieht es an dem blauen Rauch am Auspuff.

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