Kann mir jemand bei folgenden Aufgaben helfen?
Ich muss in Physik als Hausaufgabe 10 Aufgaben erledigen, jedoch komme ich bei 2 davon auf keine Lösung.
- Eine Wassermenge kann mit einem Tauchsieder von 1200 W in 5 min zum Sieden gebracht werden. Eine Versuch dieses auch mit einem Reisetauchsieder von 300 W in 20 min erreichen zu können, bestätigt sich nicht. Es dauert viel länger. Wo lag der Fehler, in der Berechnung oder woanders? Begründe!
- Wenn man 100 g Wasser mit einer Temperatur von 20 °C und 100 g Wasser mit einer Temperatur von 60 °C mischt, erwartet man eine Mischungstemperatur von 40 °C. Gießt man die Wassermenge jedoch in die andere, so erhält man ca. 38 °C oder 42°C, aber nie 40 °C.
a) Beschreibe den Versuch, bei dem man ca. 38 °C erhält. Begründe!
b) Beschreibe den Versuch, bei dem man ca. 42 °C erhält. Begründe!
c) Unter welchen Bedingungen könnte man ungefähr 40 °C erhalten? Beschreibe den
2 Antworten
Zu Beginn des Themas wird in Aufgaben oft vorausgesetzt, dass es keine Wärmeverluste gibt oder dass die Wärmekapazitäten der Gefäße keine Rolle spielen. Das sind aber Annahmen, die mit der Realität nichts zu tun haben.
1) Während der Erwärmung des Wassers gibt dieses wieder einen Teil der vom Tauchsieder aufgenommenen Wärme wieder ab. DSas geschieht zum einen durch die Wände des Behälters, die warm bzw. heiß werden und das geschieht über die Oberfläche des Wassers. Immer streicht kalte Raumluft an diesen Oberflächen vorbei und nimmt dabei Wärme auf. An der Oberfläche des Wassers kommt ein weiterer Effekt dazu. Da verdunstet etwas Wasser und die erforderliche Verdunstungswärme wird ebenfalls dem zu erhitzenden Wasser entzogen.
In beiden Fällen treten diese Verluste auf. Im zweiten Fall dauert die Erwärmung aber viele länger, sodass es viel mehr Zeit gibt, in der Wärme verloren geht. Das führt in der Summe zu höheren Wärmeverluste, die durch eine längere Betriebszeit des Tauchsieders ausgeglichen werden müssen.
2) Wird warmes Wasser in ein kaltes Gefäß gekippt, findet ein Temperaturausgleich zwischen beiden statt. Das Wasser gibt Wärme ab und das Gefäß nimmt Wärme auf, bis sich eine gemeinsame Mischtemperatur eingestelllt hat. Das merkt man jeden Tag, wenn man heißen Kafee oder Tee in eine Tasse gießt. Die Tasse wird heiß und das Getränk kühöt sich ab. Auch beim Essen einer Suppe merkt man das. Wenn die noch heiß ist, isst man am besten zuerst die Suppe vom Tellerrand, denn die hat sich am schnellsten abgekühöt, weil sie Wärme an den Teller abgegeben hat.
Umgekehrt gilt das genauso, wenn man kaltes Wasser in ein warmes Gefäß gießt.
a) Das Wasser hat sich unter die theoretische Mischtemperatur abgekühlt. Also hat es Energie an das Gefäß abgegeben, das deshalb kälter war. Daraus kann man schließen, dass das Wasser mit 60 °C in den Behälter mit dem kälteren Wasser gegossen wurde.
b) Hier wurde das kältere Wasser in den Bälter mit dem wärmeren Wasser gegossen. Die Behäzterwand mit 60 °C hat dann etwas Wärme an das Mischwasser abgegeben, wodurch es sich über die 40 °C hinaus erwärmt hat.
c) Damit kein Wärmeaustausch zwischen Behälter und Wasser stattfindet, müsste man den Behälter auf 40 °C vorwärmen.
- an den Verlusten, die über 20 Minuten höher sind als über 5 Minuten
a du gießt das heiße in das kalte
b du gießt das kalte in das heiße
c ein neutrales gefäß
Es liegt an den Gefäßen, die haben ja noch die Temperatur des Wassers und kühlen oder heizen mit.