Physik FS 2011 Klasse 1b

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Übungsblatt 4

1. a) Rechnen Sie um: 21 °C in Kelvin.

b) Rechnen Sie um: 421 K in Grad Celsius.

c) Rechnen Sie um: 191 K in Grad Celsius.

d) Der Siedepunkt von Stickstoff liegt (bei Normaldruck) bei −195.79 °C. Bei welcher Temperatur in Kelvin verdampft flüssiger Stickstoff?

e) Die Brennelemente eines Kernkraftwerks bestehen häufig aus Urandioxid (Uran(IV)-oxid, UO2). In einem Nachschlagewerk finden Sie die Angabe, dass der Schmelzpunkt von Urandioxid bei ungefähr 3150 K liegt. Bei welcher Temperatur in Grad Celsius schmilzt Urandioxid?

f) Der Sublimationspunkt von Trockeneis (festem Kohlenstoffdioxid, CO2 (s)) liegt bei −78.5 °C; der Siedepunkt von Ethanol liegt bei 351 K (jeweils bei Normaldruck). Wie gross ist der Temperaturunterschied zwischen diesen Temperaturen in Kelvin und in Grad Celsius?

2. Für Flüssigkeitsthermometer werden verschiedene Flüssigkeiten verwendet, zum Beispiel Quecksilber oder heutzutage häufiger gefärbter Alkohol oder andere organische Flüssigkeiten.

a) Was ist der Vorteil der Verwendung von Quecksilber (Hg) als Thermometer-Flüssigkeit? Weshalb wird Quecksilber heute nicht mehr so häufig für Thermometer verwendet, welchen Nachteil hat es?

b) Warum nimmt man nicht einfach Wasser als Flüssigkeit?

c) Erörtern Sie allgemein / zusammenfassend: Welche Eigenschaften sollte eine Flüssigkeit aufweisen, damit sie für den Einsatz in einem Flüssigkeitsthermometer geeignet ist?

d) Weshalb verwendet man bei einem Thermometer eine dünne Glaskapillare und nicht ein etwas breiteres Glasrohr? Wie müssen Steigrohr und Vorratsbehälter eines Flüssigkeitsthermometers gebaut werden, damit man die Temperatur möglichst genau ablesen kann? (Aufgabe 1 von Seite 62 im Buch)

e) Beantworten Sie Frage 2 von Seite 62 im Buch: Von drei Thermometern mit den dargestellten Vorratsgefässen A, B, C sind die Skalen abgefallen. Welche Skala gehört zu welchem Thermometer? (Alle Abbildungen sind im gleichen Massstab gehalten.)

f) Aufgabe 6 von Seite 160 im Buch: Auch das Glassgefäss beim Thermometer dehnt sich bei Temperaturerhöhung aus. Dehnt es sich stärker aus als die Flüssigkeit? Begründen Sie Ihre Antwort.

g) Freiwillig: Weshalb ist das Glasröhrchen eines Flüssigkeitsthermometers luftdicht gegen aussen abgeschlossen?

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3. Kreuzen Sie bei den folgenden Aussagen jeweils an, ob sie richtig oder falsch sind:

richtig falsch Aussage

A: � � Ein Temperaturunterschied von 1 K ist grösser als ein Temperaturunterschied von 1°C.

B: � � Eine Temperatur von 1 °C entspricht einer Temperatur von 1 Kelvin, also 1 °C = 1 K.

C: � � Die Eigenschaften von Stoffen werden nur durch die kleinsten Teilchen der Stoffe bestimmt und sind in diesen gespeichert.

D: � � Wird eine Wassermenge mit einer Temperatur von 274 K erwärmt, dann nimmt ihr Volumen anfangs ab (zieht sie sich zusammen).

E: � � In einem Gas bewegen sich alle Teilchen mit einer festen, konstanten Geschwindigkeit, die der physikalischen Temperatur entspricht.

F: � � Im Raum oberhalb der Flüssigkeitssäule eines Flüssigkeits-thermometers liegt ein Vakuum vor, weil sich die Flüssigkeit ansonsten nicht ausdehnen könnte.

4. Aufgabe 16 von Seite 62 im Buch: Giesst man zu 30 cm3 (= 30 mL) Wasser weitere 30 cm3 Wasser, dann erhält man ein Gesamtvolumen von 60 cm3. Giesst man dagegen 30 cm3 Alkohol zu dem Wasser, so erhält man lediglich 58.6 cm3. Wie kann man das mit dem Teilchenmodell erklären?

5. Erklären Sie folgende Beobachtungen / Eigenschaften von Körpern / Aggregatzuständen mit dem Teilchenmodell:

a) Festkörper und Flüssigkeiten haben eine höhere Dichte als Gase.

b) Den Inhalt eines Wasserglases kann man auf verschiedene Tropfen verteilen, wenn man die Tropfen wieder zusammen bringt, „verschmelzen“ sie wieder zu grösseren Tropfen. Ein Festkörper der zerstückelt wird (zum Beispiel ein Stein), verschmilzt hingegen nicht mehr von alleine zu einem Stück wenn man die Bruchstücke aneinander hält.

6. Wenn ein Stoff vom flüssigen in den gasförmigen Zustand übergeht ohne dabei zu sieden, dann bezeichnet man das als Verdunstung.

a) Erklären Sie, wieso es einigen Teilchen gelingt, die flüssige Phase zu verlassen, obwohl die Temperatur der Flüssigkeit unterhalb des Siedepunktes liegt.

b) Wenn ein Teil einer Flüssigkeit verdunstet, dann hat der zurückbleibende Teil der Flüssigkeit nachher eine geringere Temperatur als vor der Verdunstung. Erklären Sie dies im Teilchenmodell.

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7. Weshalb ist es unter Umständen keine gute Idee, an einem sonnigen Sommer-

Morgen den Tank bis zum Rand mit Benzin zu füllen?

8. Beantworten Sie die Frage 1 von Seite 160 im Buch.

9. Beantworten Sie die Frage 2 von Seite 160 im Buch: Den fest sitzenden Schraubverschluss einer Flasche kann man lösen, indem man ihn unter heisses Wasser hält. Erklären Sie dies.

10. Wenn man eine Münze mit einem Loch in der Mitte erwärmt, wird das Loch dann in Folge der Wärmeausdehnung grösser oder kleiner oder bleibt es gleich gross? (Vgl.: Aufgabe A1 von Seite 152 im Buch: Wie ändert sich der Innendurchmesser eines Metallringes beim Erwärmen?)

11. Warum müssen Musiker ihre Instrumente immer wieder stimmen?

12. Welche Temperatur erwarten Sie ungefähr am tiefsten Punkt des Zürichsees?

13. Freiwillige Zusatzaufgabe: Sie fliegen mit dem Flugzeug in die USA in die Ferien. Nach der Landung wird den Passagieren mitgeteilt, dass sie ein wunderbar sonniger Tag erwarte mit einer Temperatur von 77 Grad. Frage: Müssen Sie sich nun vor dem Aussteigen fürchten? Welche Temperatur erwartet Sie?

14. Freiwillig: Führen Sie den auf Seite 160 im Buch beschriebenen Heimversuch 2 durch: Legen Sie einen aufgeblasenen Luftballon in den Gefrierschrank. Holen Sie ihn nach einiger Zeit heraus und halten Sie ihn mit beiden Händen. Sie spüren dann, wie er zwischen Ihren Händen grösser wird.