SGD Physik - Wärmelehre

Aufgaben:
1. a) Erläutern Sie, wie Sie per Telefon einem Freund klarmachen wollen, ein Thermometer mit einer Celsius-Skala herzustellen (nicht einfach eine Kopie des Thermometers schicken).
b) Wie viel Grad Fahrenheit hat der absolute Nullpunkt?
c) In 12000 m Höhe beträgt die Temperatur –74 °F. Wie viel °C sind das?

2. ) a) Ein 100 m langes Heizungsrohr aus Kupfer ist Temperaturen von –10 °C und 90 °C ausgesetzt. Um wie viel cm verändert sich die Länge dabei?
b) Das Kupferrohr dehnt sich nicht nur in der Länge aus. Es wird auch dicker, d. h., der Außendurchmesser nimmt zu. Wird der Innendurchmesser kleiner oder größer? Begründen Sie ihre Antwort anhand einer Skizze (Querschnitt).

3. Aus 1 kg Schnee von 0 °C will eine Person auf einer Kochplatte Teewasser von 80 °C bereiten. Sie passt nicht auf und lässt das Wasser vollständig verdampfen.
a) Schildern Sie das Ausdehnungsverhalten und Temperaturverhalten bei den einzelnen Vorgängen (Schmelzen, Erwärmen, Verdampfen).
b) Berechnen Sie die einzelnen erforderlichen Wärmemengen sowie die gesamte vergeudete Wärmeenergie.
c) Wie lange dauert der gesamte Vorgang, wenn die Kochplatte 2000 W elektrische Leistung abgibt (ohne Wärmeverluste)?

4.) Jemand will sich Badewasser von 40 °C zubereiten, indem er zu 50 l heißem Wasser von 60 °C kaltes Wasser von 15 °C zumischt. Wie viel Liter braucht er dazu?

5.) Die spezifische Wärmekapazität von Petroleum soll ermittelt werden. Dazu verwendet man ein Messinggefäß von 220 g gefüllt mit 500 g Petroleum von 20 °C. Man gibt 200 g Blei von 100 °C hinzu und stellt fest, dass die Temperatur der Mischung 21,8 °C beträgt. Entnehmen Sie bitte die Werte für die spezifische Wärme von Messing und Blei der Tabelle in Ihrer Formelsammlung (S. 65). Beachten Sie, dass auch das Messinggefäß die Anfangstemperatur 20 °C hat.
(Hinweis: Ihr Rechenergebnis wird in der Nachkommastelle geringfügig vom Tabellenwert abweichen.)

6.) Erklären Sie mit dem Teilchenmodell die folgenden Beobachtungen:
a) Unter dem Mikroskop werden die Fetttröpfchen der Milch beobachtet. Man sieht eine Zitterbewegung einzelner Tröpfchen. Hinweis: Wassermoleküle kann man nicht sehen.
b) Bei Verdunstung kühlt sich eine Flüssigkeit ab.
c) Durch Reibung entsteht Wärme, sagt man in der Umgangssprache. Und was sagt der Physiker?