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Physik 3

Kapitel 02 - Wärmelehre - Teil 1b - Feuer, Wärmekapazität, Heizwert

Verbrennungsdreieck
Verbrennungsdreieck

 

Teil 1b Feuer, Wärmekapazität, Heizwert

 

e) Wärme aus anderen Energieformen

f) Feuerschutz

g) Die Wärmekapazität (Klicke hier für weitere Informationen)

h) Der Heizwert, Der Nährwert (Hier findest du eine Nährwerttabelle [Excel])

 

e) Wärme aus anderen Energieformen

1. Wärme aus mechanischer Energie (Reibung) (Buch S. 14 oben)
Wenn ein fester Körper durch Reibung, Verformung  oder Druck bearbeitet wird, werden seine Teilchen viele Male angestoßen und bewegen sich dadurch heftiger.
Auf diese Weise nimmt seine Wärmeenergie zu.

 

2. Wärme aus elektrischer Energie (Buch S. 14 unten)
In den Heizdrähten von Herden, Bügeleisen, Föhnen, usw. werden bei Stromfluss die Metallteilchen zu heftigeren Schwingungen angeregt: Dadurch erwärmt sich der Draht.

 

3. Wärme aus chemischer Energie  (Buch S. 16 oben)
Wenn Holz, Kohle, Wachs, Heizöl, Benzin, … verbrannt werden, entsteht Wärme. Dabei verbindet sich der Heizstoff mit dem Sauerstoff der Luft und es wird Verbrennungswärme frei.

 

Verbrennungsdreieck
Verbrennungsdreieck

f) Feuerentstehung und Feuer löschen
Bild: Vebrennungsdreieck oder Branddreieck

Feuer benötigt drei Komponenten (=Bestandteile), um brennen zu können:
einen brennbaren Stoff,
Sauerstoff
und Wärme

 

Frage: Wie kann man (theoretisch) jeden Brand löschen?

Antwort: Entfernt man eine dieser drei eben aufgezählten Komponenten, erlischt das Feuer!

 

Verhalten im Brandfall (3Min.):

 

 

Der Fettbrand (1Min.):

Der Fettbrand - Video 2 (2Min.):

 

 

Einige nette Versuche mit Feuer (meist mit Haushaltsgegenständen - 6:30):

 

 

g) Wärmekapazität (Buch Seite 12 oben)

Kurz: Wie viel Wärmeenergie kann ein bestimmter Stoff aufnehmen, abgeben, speichern bzw. fassen.

 

Verschiedene Stoffe können sich unterschiedlich schnell erwärmen oder abkühlen.
Beispiel Apfelstrudel: Füllung heiß, Teig kühl

 

Ein Stoff, der viel Wärme aufnehmen kann, kann auch viel Wärme abgeben ( = hohe Wärmekapazität).
Jeder Stoff hat seine eigene, spezifische Wärmekapazität.

 

Definition „Wärmekapazität eines Körpers“: Wie viel Wärmeenergie benötigt man, um 1kg eines Körpers um 1 K (1°C) zu erwärmen.

 

Um 1kg Wasser um 1°C zu erwärmen, benötigt man eine Wärmeenergie („Wärmemenge“) von 4190J = 4,19kJ.
Um 1kg Gold um 1°C zu erwärmen, benötigt man eine Wärmeenergie („Wärmemenge“) von 130J = 0,13kJ.
Gold hat eine geringe Wärmekapazität, Wasser hat eine hohe Wärmekapazität.

 

S. 13 / Ü8

 

Auswirkung der Wärmekapazität: 
Das Meer erwärmt sich langsamer als das Festland, kühlt jedoch auch langsamer wieder ab (Auswirkungen auf das Klima).
Nutzung der Wärmekapazität:  
Wasser nutzt man als Wärmespeicher (Wärmeflasche, in der Heizung)!

 

 

h1) Der Heizwert (Buch Seite 18 oben)
Jeder Brennstoff hat seinen eigenen, spezifischen Heizwert.
Der Heizwert gibt an, wie viel Wärmeenergie bei der Verbrennung des Stoffes abgegeben wird.
Einige Heizwerte:
Benzin:                      42MJ/kg = __________________J/kg
Heizöl:                       41MJ/kg 

Steinkohle:                32MJ/kg 

Holz (trocken):           16MJ/kg 

Holz (frisch):                 8,4MJ/kg                              -->    S. 19 / Ü.18

 

 

h2) Der Nährwert

Nahrungsmittel sind Brennstoffe (Energielieferanten) für den Körper. Sie „verbrennen“ jedoch ohne Flamme. Ihr Energiegehalt wird Nährwert genannt, und in Kilojoule (kJ) pro 100g angegeben.
Erwachsene benötigen täglich ca. 10.000kJ (=__________MJ)!
Die frühere Einheit kcal („Kilokalorie“) ist nicht mehr zulässig!   (Umrechnung: 1kcal = 4,19kJ)
10.000kJ = __________kcal                                          -->   S. 19 / Ü.19

 

Wie man 5000kJ in 30 Minuten verbrennt ;)

Einige Nährwerte von Mc Donalds-Produkten:

Wenn du willst, kannst du ausrechnen, wie viel kJ die Produkte haben (Faktor: 4,19).

Lebensmittel   kcal        kJ
Big Mac (210g) 495  
Hamburger Royal TS        (250g) 570  
süßsaure Sauce  (25g) 42  
große Pommes (150g) 471  
Ketchup  (20ml) 24  
Chef-Salat  (200g) 86  
Joghurt-Dressing (60ml) 31  
Vanille-Milchshake klein (240g) 293  
Schoko Muffin  (110g) 484  

 

Einige Nährwerte von Lebensmitteln:

Wenn du willst, kannst du ausrechnen, wie viele kcal die Produkte haben.

Lebensmittel (je 100g) kcal   kJ
Schweineschnitzel paniert   970
Schweinebraten (ohne Saft!)   340
Putenschnitzel natur   670
Chicken Wings m. Haut, gebacken 1215
Hühnerfett   2635

 

Berechnung des Energiebedarfs (=Gesamtumsatz) eines Menschen für 24h:

Formel: Gesamtumsatz = Grundumsatz + Arbeitsumsatz

Formel für den Grundumsatz:  4,19kJ x __kg Körpergewicht x 24h

Arbeitsumsatz: Je nach Arbeit noch mal die Hälfte (Büro, Kellner, …) bis zum Doppelten (Schwerarbeiter, Extremsportler, …) des Grundumsatzes dazu.
(Genaue Berechnungen auf Wikipedia --> Arbeitsumsatz)

 

 


Fragenkatalog

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Kapitel 02 - Wärmelehre Teil 1b Feuer, Wärmekapazität, Heizwert
e) Wärme aus anderen Energieformen
f) Feuerschutz
g) Die Wärmekapazität
h) Der Heizwert; Der Nährwert
Ph3 - Kap. 02 Wärmelehre - Teil 1 e-h Fe
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(7. und 8. Schulwoche)