Ist hier jemand gut in Physik?

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6 Antworten

Bei solchen Aufgaben muss man sich erstmal klarmachen, was da eigentlich passiert, denn erst dann kann man richtig rechnen.

Da kommen also Eis und siedendes Wasser zusammen.

Das Eis schmilzt und kühlt dabei das kochende Wasser ab.
.
Irgendwann ist das Eis verschwunden.

Liegt dann nur noch Wasser vor, muss man die Mischtemperatur ausrechnen.

1) Vom Eis beim Schmelzen aufgenommene Schmelzenergie Es:
die spezifische Schmelzwärme qs von Eis beträgt 335 J/g
Es = qs * me = 335 J/g * 100 g = 33500 J = 33,5 kJ

2. Nun berechnen wir, um wieviel sich das siedende Wasser abkühlt, wenn im Es entzogen wird.
spezifische Wärmekapazität von Wasser cw = 4,19 J / (g * K)
E = Es = cw * m * ΔT
daraus folgt:
ΔT = Es / (cw * m) = 33,5kJ / (4,19 J/(g K) * 100g) = 33,5 / 419 kJ * K/J
ΔT = 33500/419 K = 80 K

Das ehemals siedende Wasser hat also nur noch 20°C (100 - 80), nachdem das Eis völlig geschmolzen ist.

3) Mischung
Nun haben wir inzwischen 100 ml mit 0°C und 100 ml mit 20°C vorliegen und mischen die. Da brauche ich nichts zu rechnen, da liegt die Mischungstemperatur genau in der Mitte, also bei 10°C.

Daher ist Antwort c) richtig. Da wird zwar nicht nach genau 10°C gefragt sondern weniger, aber das findet dann im Rahmen der Rundungsgenauigkeit statt. Da hätte man wohl mit genaueren Zahlen ganz knapp unter 10°C rausgekriegt.

Antworten a) und b) sind aber definitiv falsch.

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Kommentar von SlowPhil
20.01.2017, 15:50

Krass. Mit einem so großen Einfluss der Schmelzwärme hätte ich so aus dem Stand nicht gerechnet. Ohne zu rechnen hätte ich nur a) ausschließen können.

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In klassenarbeiten kommen immer wieder derartige Fragen vor.

Um zu schätzen reicht die Faustformel, dass 1 kg mit mit 0°C die gleiche Menge Wasser um 80 Grad abkühlt... damit hat man schnell einen Überblick, ob z.B. das gesamte Eis schmilzt oder nicht.

Warum? ... Bitte überlegen

Beispiel: Wirft man 1 kg 0° Eis in 1 kg 50° Wasser, kann sich dieses nicht um 80° abkühlen... folglich schmizt das Eis nicht komplett.

Für kompliziertere Aufgaben muss man dann halt den Energiesatz nutzen.

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Kommentar von SlowPhil
20.01.2017, 15:48

Um zu schätzen reicht die Faustformel, dass 1 kg mit mit 0°C die gleiche Menge Wasser um 80 Grad abkühlt...

Wenn man das weiß, ist das klar. Mir war das nicht bekannt. Gutes Kopfball-Street-Science-Experiment!

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Das sollte man auch wissen, wenn man nicht gut in Physik ist. Ich habe Mischungsverhältnis se schon in der 4. Klasse Volksschule ausgerechnet. Die Schmelzwärme von Wasser lernt man schon im 1. Jahr Physik.

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Eismasse = Masse des heißen Wassers:  m = 0,1kg

spezifische Schmelzwärme des Eises:  qs = 334 kJ / kg

spezifische Wärmekapazität des Wassers:  c = 4,19 kJ/kg

Mischungstemperatur:  ϑ(m) in °C

aufgenommene Wärmemenge: Q auf

abgegebene Wärmemenge: Q ab

Q auf = Q ab

m · qs + m · c · (ϑ(m) – 0°C) = m ·. c · (100°C – ϑ(m)

Formel nach der Mischungstemperatur umstellen.

Gruß, H.

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Kommentar von SlowPhil
20.01.2017, 10:53

…spezifische Wärmekapazität des Wassers:  c = 4,19 kJ/kg

Die Einheit muss 'kJ/(kg·K)' heißen. Das 'K' steht für das Kelvin, die Einheit für die absolute Temperatur.

Da es hier nur auf Temperaturdifferenzen ankommt, ist 'K' und '°C' hier dasselbe.

Ansonsten ist die Antwort top, denn sie sagt, warum eine Antwort richtig ist, ohne einfach zu verraten, welche.

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B ist die richtige Antwort

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Kommentar von ChristianZockt3
19.01.2017, 22:41

Danke dir!

 Aber kannst du mir erklären warum das so ist? 

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Kommentar von lolihollerhop92
19.01.2017, 22:43

leider nein hab jetzt nur geraten. weil das am logischen klang weil unter 10 * dann würde das Wasser ja irgendwann gefrieren und ab 100* kocht das Wasser das kann also auch nicht richtig sein.

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