Anwendung spez. Wärmekapazität für schwache Schüler

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2 Antworten

Zentralheizung oder Warmwassergeräte z.b. durchlauferhitzer

hier hätte ich gerade 2 Varianten parat:

Wie viel elektrische Leistung benötigt ein elektronisch geregelter Durchlauferhitzer um bei 8 Litern pro Minute flussgeschwindigkeit das Wasser von 12°C auf 42°C zu erwärmen?

der rechenweg ist recht einfach wir haben 8 Liter (8 Kilo) Wasser die um 30°K erwärmt werden müssen. bei 4,19 Kilojoule pro Kilogramm und Grad macht das einen Energiebedarf von 1005,6 Kilojoule oder auch Kilowattsekunden...

geteilt durch die Wirkzeit von 60 Sekunden ergeben sich auf diese Weise ergeben sich 16,76 Kilowatt... (die sekunden kürzen sich beim Teilen weg

ein hydroulisch geregelter Ducchlauferhitzer mit einer fixen Leistung von 21 kW soll das Wasser am Spülbecken in einem Restaurant auf mindestes 52°C erwärmen. wie weit muss die Fleßgeschwindigkeit reduziert werden, um diesen Wert bei einer Eingangstemperatur von 12°C zu erreichen?

wir brauchen also für jeden Liter Wasser die energiemenge von 167,6 Kilojoule

teilen wir nun die 167,6 Kilowattsekunden durch 21 Kilowatt, dann kommen wir zu dem Schluss, dass der Duchlauferhitzer 7,98 Sekunden braucht, um einen Liter um 40°K zu erwärmen. teilen wir die 60 Sekunden einer Minute durch disen Wert kommen wir auf eine maximale Kappazität von 7,518... Litern pro Minute

lg, Anna

PS: und so was von einer "dummen" hauptschülerin - wie findest du das?

invizi 06.06.2014, 18:30

Danke für die Antwort!

Die Variante Leistung halte ich für ungeignet, da benötigen die Schüler zu viel Wissen aus der E-Lehre. Dann stünde auch nicht mehr c im Mittelpunkt.

Auch der Rechenweg ist zu lang, da haben die Schüler nach kurzer Zeit keine Motivation mehr.

Ich dachte eher an eine interessante Anwendung, nicht unbedingt an eine lange Rechenaufgabe. Klar, die Anwendung ist hier schon interessant und auch gegeben, aber eben über den Umweg der elektrischen Energie bzw. Leistung und Energieerhaltungssatz, das ist zu viel für die Klasse und motiviert eine rechenfaule schwache Klasse nicht.

Es gibt keine dummen Schüler :) Nur ist es eben schwer, in einer Gesamtschulklasse ein Thema, das komplex ist, zu bearbeiten, wenn aufgrund schlechter Lehrer im letzten Schuljahr das ganze Grundwissen fehlt... Sonst wäre zb das mit der Leistung kein Problem :)

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Peppie85 06.06.2014, 19:46
@invizi

dass die leistung elektrisch ist, spielt eigendlich keine große rolle. genauso gut könnte die aufgabe lauten:

der 300 Liter fassende Warmwasserboiler einer Zentralheizung ist nach einer längeren Betriebspause vollends ausgekühlt (auf 20°C) wie lange dauert es, den Brauchwasserspeicher auf seine solltemperatur von 60°C erwärmt ist, wenn die Leistung des Kessels 21 kW beträgt ?

300 kg Wasser mal 4,19 Kilojoule mal 40 Grad Kelvin ist eine benötigte Energiemenge von 50280 Kilojoule... also 50280 Kilowattsekunden...

durch 21 Kilowatt macht das 2394 sekunden...das sind rund 40 Minten

lg, Anna

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invizi 07.06.2014, 16:42
@Peppie85

Hm, das gibt zu wenig her für eine Stunde. Und der Kontext ist einfach nicht motivierend. Die Schüler interessiert es nicht, wie lange das dauert... Die antworten "ich mach das an und gut is, mir doch egal wie lange das dauert".... Außerdem steht dann nicht die Wärmekapazität von Wasser im Vordergrund. Das c braucht man nur für die Rechnung, geht also am Thema vorbei.

Ich denke eher an etwas mehr spannende Physik, die speziell Die Kapazität anstatt einen Rechenweg in betracht zieht. Zum Beispiel provokante Fragen wie: Wieso nehm ich Wasser zum Heizen, wenn das doch so viel Energie benötigt, um sich auf eine Temperatur zu erhöhen? Wieso nimmt man nicht Öl, das wird schneller heiß? Oder Milch, die kocht ja auch schneller als Wasser....? All das ist weniger mathematisch stures Rechnen, sondern eher der flexible Umgang mit physikalischen Größen. Leider können viele Schüler zwar eine Formel aus vier Variablem umstellen... aber kaum ein Schüler versteht, welche wirkliche Bedeutung so ein simpler Zahlenwert hat.

So eine motivierende Frage suche ich. Nich einfach a,b,c sind gegeben, stell nach d um und rechne aus. Das ist leider zu langweilig...

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Peppie85 07.06.2014, 18:02
@invizi

die antwort auf die frage ist doch ganz einfaach...das öl wird zwar schneller heiß,. aber auch schneller wieder kalt...

viel intressanter, wieso man den kaffe nicht mit öl kocht :-)

lg, Anna

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invizi 08.06.2014, 17:54
@Peppie85

da kommen aber noch Apekte wie Wärmeleitung/Strahlung... hinzu. Und so einfach ist das für Schüler nicht. Der Austausch fand ja zwischen Kocher und Wasser statt, danach beim Abkühlen zwischen Wasser und Luft. Kann bei Milch/Öl ja anders sein. Kinder sind kreativ.

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Zum härten wird das heiße Schmiedestück vom Schmied in Wasser getaucht und abgeschreckt. Auf welche Temperatur steigt das Wasserbad mit 20 Liter Inhalt und 20°C, wenn der Schmied ein Werkstück der Masse 1 kg und 700°C abschreckt und es danach eine Temperatur von 50°C besitzt. Stoffdaten: Wasser 4,187 kJ/(kg K) | Stahl 0,477 kJ/(kg K)

Eine solche Aufgabe sollte auch ein Gesamtschüler können, der sich für eine techn. Beruf interessiert.

invizi 08.06.2014, 17:56

Hm, kann ich mir mal für ne lockere Übung zum Rumrechnen aufheben, aber eine interessante Anwendung stellt das meiner Meinung nach auch nicht dar :( Das muss die Kinder umhauen, richtig interessant finden. Dass die sagen: ja! Das interessiert mich!

Ich denke ich mach ein Beispiel, wie viel eine Badewanne voll kostet im Vgl zu Dusche und als Anwendung badet man mal in Wasser, mal in einem Badezusatz, der das c ändert... Das ist viel alltagsnaher als Schmiede... Trotzdem danke! Ich weiß, es ist tierisch schwer....

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