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Physik 3

Kapitel 02 - Wärmelehre - Teil 1a - Grundlagen

a) Teilchenvorstellung in der Physik (S. 10 oben   |   S.11/Ü4) 

# Wie sind alle Körper (Stoffe) aufgebaut?

Alle Körper bestehen aus Teilchen.

Diese sind in ständiger Bewegung ("Brownsche Bewegung - Klicke hier für weitere Informationen zur Brownschen Bewegung).

Je heftiger sich die Teilchen bewegen, desto höher ist ihre Temperatur.

 

# Könnten die Teilchen auch mal regungslos sein?

Könnten die Teilchen völlig zur Ruhe gebracht werden, wäre die tiefstmögliche Temperatur im Universum erreicht: der absolute Nullpunkt.

 

# Was weiß man über den absoluten Nullpunkt?

Der absolute Nullpunkt ist die tiefstmögliche Temperatur. Er liegt bei -273,15°C = 0K (sprich "Null Kelvin"). Bei dieser Temperatur bewegen sich (schwingen) die Teilchen nicht mehr.

 

 (Schaue dir dieses Video bis 1:10Min. an)

 

 

 

b) Temperaturskalen  (S. 10 oben   |   S.11/Ü5)

# Welche Temperaturskalen werden verwendet?

Wir unterscheiden im Wesentlichen drei Temperaturskalen:

- Celsiusskala (°C), benannt nach Anders Celsius (1701-1744, schwedischer Wissenschaftler)

- Kelvinskala (K) benannt nach Lord Kelvin (der eigentlich William Thomson hieß), wird in Wissenschaft und Technik verwendet.

- Fahrenheitskala (°F) wird hauptsächlich im amerikanischen Raum verwendet.

 

Einen Überblick über alle Temperaturskalen findest du hier (für eine bessere Darstellung klicke auf die Tabelle und scrolle auf der Wikipediaseite runter).

 

 

 

# Wie sind Temperaturskalen aufgebaut?

Temperaturskalen besitzen im Allgemeinen zwei Fixpunkte (z. B. Celsiusskala: 0°C -> Wasser gefriert, 100°C -> Wasser kocht/verdampft). Dazwischen wird eine gewisse Anzahl von Unterteilungen vorgenommen (Celsius: 100 gleiche Teile)

 

# Wie ist die Temperaturskala nach Celsius (Celsiusskala) aufgebaut?

Anders (Andreas) Celsius nutzte zwei Fixpunkte, nämlich die Übergangspunkte von Wasser in einen anderen Aggregatzustand. Wasser kommt ja so gut wie überall auf der Welt vor.

Den Gefrierpunkt des Wassers setzte er mit 0°C gleich. Den Siedepunkt des Wassers mit 100°C. Dazwischen machte er 100 gleiche Abschnitte. Damit hatte er eine einfach nutzbare Temperaturmessmethode geschaffen.

 

Geschichtliches und Details zur Celsiusskala

Die Celsius-Skala geht auf den schwedischen Astronomen Anders Celsius zurück, der 1742 eine hundertteilige Temperaturskala vorstellte. Als Fixpunkte nutzte er, wie die 1730 vorgestellte Réaumur-Skala, die Temperaturen von Gefrier- und Siedepunkt des Wassers bei Normaldruck, das heißt einem Luftdruck von 1013,25 Hektopascal oder 760 Millimeter Quecksilbersäule.

Der Bereich zwischen diesen Fixpunkten, gemessen mit einem Quecksilberthermometer, ist in 100 gleich lange Abschnitte eingeteilt, die als Grad bezeichnet sind. Dies führte zu der historischen Bezeichnung des „hundertteiligen Thermometers“. Anders als bei der modernen Celsius-Skala ordnete Celsius anscheinend jedoch dem Siedepunkt von Wasser den Wert 0° und dem Gefrierpunkt den Wert 100° zu. Somit nahm der Temperaturwert eines Körpers beim Erwärmen ab.

Die moderne Celsius-Skala, bei der dem Siedepunkt von Wasser der Wert 100° und dem Gefrierpunkt der Wert 0° zugeordnet wird, wurde durch Carl von Linné, einen Freund Celsius’, kurz nach dessen Tod im Jahr 1744 eingeführt. Wikipedia

 

 

 

# Wie ist die Temperaturskala von Kelvin aufgebaut?

[Details in schriftlicher Form folgen - klicke auf das Video]

 

 

Den Unterschied zwischen Celsius- und Kelvinskala siehst du auf dem Bild unten!

Welchen Unterschied stellst du fest?

Gibt es Gemeinsamkeiten?

  

c) Temperatur ist nicht gleich Wärmeenergie (S. 10 unten   |   S.11/Ü6,7)

Die Temperatur wird in Grad Celsius (z. B. 36,5°C)  oder in Kelvin (z. B. 452K) gemessen und gibt an, wie schnell sich Teilchen in einem Stoff bewegen.

Die Wärmeenergie (kurz Wärme) wird wie jede andere Energieform in Joule gemessen.

 

 

d) Unerwünschte Wärme ("Abwärme") - Seite 12

Bei fast allen Energieumformungen entstehen Energieverluste in Form von Abwärme.

Beispiel: Eine Glühbirne soll eigentlich leuchten, nicht wärmen. Trotzdem wissen wir, dass Glühlampen auch immer warm werden. Leuchtstoffröhren, Energiesparlampen und LED werden nicht wo warm, daher benötigen sie weniger elektrische Energie, um gleich hell zu leuchten.

Möglichkeiten, die Energieverluste gering zu halten sind:

Verbesserung der Energiesausbeute der Maschinen ("höherer Wirkungsgrad")

Nutzung der entstandenen Abwärme

Isolierungen (beispielsweise bei Kühlschränken oder Hausfassaden)

 

 

 

 

 

 

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Kapitel 02 - Wärmelehre Teil 1a Grundlagen
Fragenkärtchen zu den Themen
a) Teilchenvorstellung in der Physik
b) Temperaturskalen
c) Temperatur ist nicht gleich Wärmeenergie
d) Unerwünschte Wärme ("Abwärme")
Ph3 - Kap. 02 Wärmelehre - Teil 1 a-d Gr
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