Unterrichtseinsichten - Schuljahr 2010/2011 - Physik 10a

Energieübertragung in Kreisprozessen

2011-05-25

Thermometer
Zur Einstimmung in das Thema haben wir zunächst über das Messen von Temperaturen gesprochen und haben dabei mehrere Möglichkeiten der Temperaturmessung kennengelernt.

Früher war es sehr verbreitet, die Temperatur über sich mit Erwärmung ausdehnenden Flüssigkeiten zu bestimmen. In einer engen Röhre steigt dabei die sich ausdehnende Flüssigkeit bei Erwärmung immer höher. Die Höhe ist ein Maß für die Temperatur.
Heute benutzt man oft Bimetallthermometer. Ein Bimetall besteht aus zwei verschiedenen Metallen, die flächig miteinander fest verbunden sind. Die Metalle besitzen einen unterschiedlichen Wärme-Ausdehnungskoeffizienten. Da dadurch bei Erwärmung das eine metall mehr Platz benötigt als das andere, krümmt sich der Metallstreifen in Abhängigkeit von der Temperatur.
Elektronische Messungen der Temperatur besprechen wir in der nächsten Stunde.

Früher wurden Temperaturen in unterschiedlichen Skalen gemessen, u.a. in Grad Fahrenheit, Grad Celsius und Grad Réaumur.
Bei wissenschaftlichen Arbeiten wird mit der Kelvin-Skala gearbeitet, mit der wir uns noch beschäftigen werden.
Fragen zur Genauigkeit der Temperaturmessung
Die alten Temperaturskalen bezogen sich immer auf Fixpunkte, wie z.B. den Gefrierpunkt und den Siedepunkt von Wasser bei der Celsius-Skala.
Diese "Fixpunkte" ändern sich aber entsprechend der äußeren Bedingungen.
Wasser kocht zum Beispiel nicht immer bei 100°C, sondern je nach Luftdruck bei niedrigeren oder höheren Temperaturen.
Im Versuch haben wir gesehen, dass sogar Wasser aus dem Kaltwasserhahn kochen kann, wenn der Luftdruck über dem Wasser erniedrigt wird.
In der Vakuumglocke war das gut zu sehen.
Bei der anschließenden Fingerprobe konnte man spüren, dass das Wasser beim Kochen kalt geblieben ist.
Weitere Schwierigkeiten ergeben sich dadurch, dass manche Flüssigkeiten sich nicht proportional zur Temperatur ausdehnen.

2011-06-08

2011-06-15

2011-06-22

Ein Gasthermometer besteht aus einer langen dünnen Glasröhre, die an einem Ende geschlossen ist.
Ein Gasvolumen in der Röhre wird durch einen Quecksilbertropfen zum offenen Ende der Glasröhre hin abgegrenzt.
Wird nun diese Röhre im Wasserbad erhitzt, so verschiebt sich der Quecksilbertropfen.
Gemessen werden die Temperatur des Wasserbades und damit des eingeschlossenen Gasvolumens und der Ort des zum Gasvolumen zeigenden Quecksilbertropfens.
Messergebnisse und Auswertung:

Die Messpunkte scheinen auf einer Geraden zu liegen. Mit der LinReg-Regression liefert der Taschenrechner:

Als Funktionsgleichung ergibt sich h=0,0787·ϑ+21,30.
Durch Rechnung findet man die Nullstelle zu -271°C.
Bei dieser Temperatur wäre das Volumen 0.
Wärme ist die Energie, die die Atome und Moleküle besitzen.
Ist die Energie der Atome und Moleküle größer als 0, so äußert sich das u.a. durch eine von 0 verschiedene Bewegungsenergie.
Je größer die Energie ist, desto schneller bewegen sich die Atome und Moleküle und nehmen deshalb auch ein größeres Volumen ein.
Umgekehrt wird das Volumen kleiner, je weniger Energie (Wärme) vorhanden ist.
Da das Volumen keinen negativen Wert annehmen kann, gibt es eine niedrigste Temperatur, die nicht unterschritten werden kann: -273,16°C=0K (Kelvin).

2011-06-29

Versuch zum Leslie-Würfel

Der Würfel ist mit 4 unterschiedlichen Seiten ausgestattet: schwarz-matt, silber-matt, Messing-poliert, Stahl-spiegelnd.
Der Würfel wird mit sehr heißem Wasser gefüllt.
Mit einem Infrarotsensor wird nun die Strahlung der verschiedenen Seiten registriert:
schwarz-matt: 7,1 ; silber-matt: 3,1 ; Messing-poliert: 1,8 ; Stahl-spiegelnd: 0,7
Man sieht: Je dunkler und je rauer die Oberfläche ist, desto mehrStrahlungsenergie wird abgegeben (und übrigens auch aufgenommen - deshalb sind Milchlaster silbern, um die Milch kalt zu halten. DieOberfläche wird aufgeraut, damit andere Autofahrer nicht durch Spiegelungen geblendet werden).
Heißluftmotor

Nur mit ein bis 3 Teelichten als Energiequelle läuft dieser selbstgebaute Motor.