Lösungen zu Kapitel 1

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1 Lösungen zu Kapitel 1 1 Basis und Plus Das kann ich! Die vielen Gesichter der Energie Energie tritt in verschiedensten Formen auf! 1 Welche Energieform wird hier in Wärmeenergie umgewandelt? Zu jedem Bild gehören zwei Begriffe. Markiere sie jeweils mit der richtigen Farbe. chemische Energie, Verbrennung elektrische Energie, Glühen mechanische Energie, Reibung Strahlungsenergie, Wassererwärmung Energie kann man nicht verbrauchen! 2 Was besagt der Energieerhaltungssatz? Energie muss laufend erzeugt werden, weil sie nicht gespeichert werden kann. Energie kann nicht erzeugt oder vernichtet, sondern nur umgewandelt werden. Energie wird beim Umwandeln in andere Energieformen laufend weniger. 3 Finde im Alltag Beispiele für folgende Energieumwandlungen: elektrische Energie Bewegungsenergie Elektromotor Lichtenergie elektrische Energie Solarzellen eines Taschenrechners Bewegungsenergie Wärmeenergie Handreiben bei kalter Witterung Wie können wir die Energieressourcen sinnvoll nutzen? 4 Was sind fossile Brennstoffe? Brennstoffe, die nicht nachwachsen; Kohle, Erdöl, Erdgas 5 Welche der genannten Energiequellen sind erneuerbar oder nachwachsend? Biomasse Kohle Sonnenenergie Erdöl Windenergie Erdgas Wasserkraft Kohlenstoffdioxid Sauerstoff Wer war James P. Joule? 6 Wie viel Energie braucht man, wenn man die Masse von 1 kg einen Meter hochhebt? 1 J für 1 kg um 10 cm 10 J für 1 kg um 1 m 8 Energie 1 7 Wie viel Energie braucht man zur Erwärmung von 72 kg Wasser um 1 C? J 72 = J = rund 301 kj Wie viel Energie braucht man zur Erwärmung von 8 kg Wasser um 9 C? J 8 9 = J = rund 301 kj 8 Wer hat das Feuer erfunden? Erfunden hat das Feuer natürlich niemand. Ein Feuer kennzeichnet eine Verbrennung. Und Verbrennungen hat es immer schon gegeben. Der Mensch musste aber vor langer Zeit einmal entdeckt haben, wie man Feuer nutzbar machen kann. Recherchiere im Internet: a Wann begannen Menschen, das Feuer zu nutzen? bereits vor Jahren; möglicherweise vor Jahren b Auf welche Weise entzündeten die Urmenschen ein Feuer? durch Feuerbohren: Dabei wird die Spitze eines kleinen, weichen Rundholzstücks sehr schnell auf einem Holzklotz gedreht. Durch die Reibungsenergie kommt es zu einer Entzündung. durch Funkenschlag: Beim Aufeinanderschlagen von Feuersteinen entstehen Funken. 9 Eine Verbrennung ist eine chemische Reaktion. Dabei binden sich Stoffe (Inhaltsstoffe von Holz, Kohle usw.) mit einem Gas, das zu 21 % in der Luft enthalten ist. Wie heißt dieses Gas? Sauerstoff 10 Das Bild zeigt das Modell eines Aufwindkraftwerks. a Wie funktioniert ein Aufwindkraftwerk? Sonnenstrahlung Sonnenstrahlung Sonnenstrahlen erwärmen die Luft unter der Aufspannung des Kraftwerks. Die heiße Luft steigt auf, strömt durch den Schlot und treibt Generator Turbine eine Turbine an. Die Turbine ist mit einem Generator verbunden, der elektrische Energie erzeugt. heiße Luft kühle Luft b Vervollständige die lückenhafte Energieumwandlungskette eines Aufwindkraftwerks? Strahlungsenergie Wärmeenergie Bewegungsenergie elektrische Energie 9 8

2 Lösungen zu Kapitel 1 1 Basis und Plus Das kann ich! Energie bewegt In unserer Welt ist alles in Bewegung! 1 Welche Energie wird bei einem Flusskraftwerk in elektrische Energie umgewandelt? die Bewegungsenergie des Flusses 2 Wärmeenergie kann auf Bewegungsenergie zurückgeführt werden. Warum? Je heftiger sich die kleinsten Teilchen bewegen, umso wärmer ist der Körper. V 3 Bewegte Fetttröpfchen Untersuchen + Bewerten Mikroskop Objektträger 1 Tropfen Milch Unter dem Mikroskop kannst du beobachten, wie sich die winzigen Fetttröpfchen in der Milch umherbewegen. Dazu musst du nur einen kleinen Tropfen Milch auf einen durchsichtigen Objektträger geben und die Probe unter dem Mikroskop betrachten. Was ist Arbeit aus physikalischer Sicht? 3 Was versteht man in der Physik unter Arbeit? Arbeit wird von etwas verrichtet, das selbst Energie hat. Wird Energie umgesetzt, wird Arbeit verrichtet. 4 Nenne zwei Anwendungsbeispiele für die Formel Arbeit (W) = Kraft ( F) ) Weg ( s). Ein Kran hebt eine Last hoch. Ein Kind hebt einen Ball hoch. 5 Berechne die fehlenden Werte. Arbeit (W) 40 J 35 J J J 2 kj 46 kj Kraft (F) 10 N 5 N 25 N 238 N 400 N 23 N Weg (s) s 4 m 7 m 82 m 4,5 m 5 m 2 km Was ist ein Perpetuum mobile? 6 Was ist ein Perpetuum mobile? eine fiktive Maschine, die sich immerwährend weiterbewegt 12 Energie 1 7 Warum ist es noch niemandem gelungen, ein Perpetuum mobile zu bauen? Reibung und Luftwiderstand können nie gänzlich ausgeschlossen werden. Daher ist es auf der Erde nicht möglich, eine Maschine zu bauen, die sich ohne Energiezufuhr ständig weiterbewegt und zusätzlich Arbeit verrichtet. 8 Das Bild zeigt eine Schemazeichnung des Golfstroms. Der Golfstrom ist eine warme Meeresströmung im Atlantischen Ozean. Informiere dich bei deiner Geografielehrerin oder deinem Geografielehrer und untersuche dann folgende Aussagen auf ihre Richtigkeit. Du kannst diese Aufgabe aber auch ohne fremde Hilfe lösen, indem du dir die benötigten Informationen aus Büchern oder mithilfe des Internets besorgst. richtig falsch Nordamerik Der Golfstrom reicht bis Nordeuropa. Der Golfstrom sorgt für ein milderes Klima an der Küste Nordwesteuropas. Der Golfstrom entsteht im Indischen Ozean. tlantischer Ozean A Die Leistung des Stroms beträgt rund Watt. Die Temperatur des Golfstroms beträgt auf der Breite von Florida 45 C. Die Drehbewegung der Erde beeinflusst das Strömungsverhalten des Golfstroms. Wassertemperatur sinkt 9 Leider ist auch die Maschine im Bild rechts kein Perpetuum mobile, aber es ist ein interessantes Modell. a Was hat sich der Erfinder wohl bei der Entwicklung dieser Maschine gedacht? Dass sich durch die Verlagerung des Gewichts eine positive Wirkung auf die Drehbewegung ergibt. b Warum dreht sich dieses Rad trotz der spitzfindigen Konstruktion nicht ewig? Im Grunde heben einander trotz Gewichtsverlagerung alle Kräfte während der Bewegung auf. Durch Reibung und Luftwiderstand kommt die Maschine letztendlich zur Ruhe. 13 9

3 Lösungen zu Kapitel 1 Hinweise zu Seite 6: Musterbeispiele für die genannten Energieformen: Wärmeenergie warmes Teewasser Bewegungsenergie rollender Eisenbahnwaggon Schallenergie Lärm beim Flugzeugstart Bedeutung der Energie: Energie hat viele Bedeutungen. In der Alltagssprache wird Energie oft nicht mit Physik in Verbindung gebracht, sondern mit psychischen Antriebskräften oder esoterischen Wirkungszuschreibungen Zusammenfassung Energie A Energie kommt in verschiedenen Formen vor, zb Wärmeenergie, Bewegungsenergie, chemische Energie, elektrische Energie usw. Energie wird nicht erzeugt oder vernichtet, sondern lediglich von einer Energieform in eine andere umgewandelt. B Der Energiebedarf des Menschen steigt ständig. Daher ist ein bewussterer Umgang mit unseren Energiereserven wichtig! Erneuerbare Energien (Wind, Wasserkraft) gehen nicht zu Ende und sind daher nachhaltiger als fossile Brennstoffe (Erdöl, Erdgas, Kohle). C Die Einheit der Energie ist wie die Einheit der Arbeit Joule (J). Die Formel der Arbeit lautet Arbeit (W) = Kraft ( F) ) Weg ( s) (gilt bei konstanter Kraft, die in Richtung des Weges wirkt). Greift die Kraft von 1 N auf einer Strecke von 1 m an, wird die Energie von 1 J eingesetzt. Die Energie von 1 J wird daher benötigt, wenn man auf der Erde die Masse von 100 g ungefähr 1 m hochhebt. D Ein Perpetuum mobile ist eine Maschine, die sich immer weiterbewegt, wenn sie einmal in Bewegung versetzt wurde, und im Idealfall sogar Arbeit verrichtet, ohne dass von außen Energie zugeführt wird. Leider lässt sich ein Perpetuum mobile technisch nicht verwirklichen. Fasse zusammen 1 Formuliere zu jedem Absatz jeweils zwei Fragen. Musterlösung A In welchen Formen kommt Energie vor? Kann Energie verbraucht werden? B Weshalb ist ein bewusster Umgang mit unseren Energiereserven wichtig? Welche erneuerbaren Energieformen gibt es? C Was verseht man unter Joule? Wie lautet die Formel zur Berechnung der Arbeit (W)? D Was ist ein Perpetuum mobile? Warum lässt sich ein Perpetuum mobile technisch nicht realisieren? 2 Arbeite nun mit einer Mitschülerin oder einem Mitschüler zusamme. Stellt euch gegenseitig eure selbst formulierten Fragen. Kopiervorlage 4845jk 10

4 Lösungen zu Kapitel 2 2 Basis und Plus Das kann ich! Energie, Leistung und Wirkungsgrad Wie wird aus Energie Leistung? 1 Welche Form der Energieumwandlung findet in Verbrennungsmotoren statt? Chemische Energie (Treibstoff) wird in Bewegungsenergie und Wärmeenergie umgewandelt. 2 Watt (W) = Joule (J) / Sekunde (s). Beschreibe anhand dieser Formel den Begriff Leistung. Leistung ist Energie bezogen auf eine Zeitspanne. Je mehr Energie in einer bestimmten Zeiteinheit umgesetzt wird, umso höher ist die Leistung. 3 Finde den Fehler und kreuze die falsche Formel an. P = W 1 W = t 1 1 s J 4 Berechne die fehlenden Werte. W = F s 1 J = 1 N 1 s eingesetzte Energie 30 J 782 J 22,5 J 35 kj 66 kj 900 kj Zeitspanne, in der die Energie umgesetzt wird 10 s 34 s 11,25 s 35 s 2 min 2 h Leistung 3 W 23 W 2 W W 550 W 125 W 5 Großcontainerschiffe, Erzfrachter und Öltanker werden mit unvorstellbar starken Dieselmotoren angetrieben. Der derzeit stärkste Schiffsdieselmotor besteht aus 14 Zylindern und bringt eine Leistung von kw. Berechne die Leistung in PS. 1 kw = 1,359 PS kw 1,359 = ,7 PS 6 Zu jeder Abbildung gehören ein Begriff und eine Leistungsangabe. Markiere diese jeweils mit der entsprechenden Farbe. menschliches Herz, 1,5 Watt übliche Glühbirne, Watt Staubsauger, Watt Hochgeschwindigkeitslok, Watt Leuchtdiode, 0,02 0,05 Watt Laserpointer, 0,001 Watt 18 Energie fürs Leben 2 Was versteht man unter dem Wirkungsgrad? 7 Berechne die fehlenden Werte. genutzte Energie pro Zeitspanne eingesetzte Energie pro Zeitspanne 5 W 135 W 178,84 W 187,2 W 58,8 W 1,2 W 10 W 450 W 526 W 520 W 60 W 240 W Wirkungsgrad 50 % 30 % 34 % 36 % 98 % 0,5 % 8 Der Stromverbrauch des Bildschirms eines LCD-Fernsehgerätes ist proportional zu seiner Fläche. Recherchiere im Internet: a Was bedeutet LCD? Liquid Crystal Display b Wenn ein Bildschirm mit einer Bilddiagonale von 15 Zoll eine Leistung von 40 Watt hat, welche Leistung hat dann ein Bildschirm mit einer Diagonale von 30 Zoll? (1 Zoll š 2,54 Watt) Durch die Verdoppelung der Diagonale vervierfacht sich der Flächeninhalt des Bildschirms. Leistung = 100 Watt 9 Auf eine Solaranlage strahlen innerhalb von 2 Stunden Joule Lichtenergie. Berechne die Leistung dieser Strahlung in Watt. 1 Watt = 1 Joule pro Sekunde in 2 h (= s) Joule in 1 s 400 Joule Die Strahlung hat eine Leistung von 400 Watt. 10 Die gleiche Solaranlage gibt pro Sekunde 68 Joule elektrische Energie ab. Berechne den Wirkungsgrad der Solaranlage. eingestrahlte Energie = 400 J, Nutzenergie = 68 J Wirkungsgrad = 17 % 11 Die Notwendigkeit der Nutzung alternativer Energiequellen ist unumstritten. Dennoch vollzieht sich der Wandel eher langsam. Diskutiere mit deinen Mitschülerinnen und Mitschülern, warum das so ist. Diese Formen der Energiewirtschaft sind teilweise weniger rentabel. Wind und Wasserkraftwerke können nicht an jeder beliebigen Stelle errichtet werden

5 2 Basis und Plus Das kann ich! Energie hält uns am Leben Wasser ist ein sehr guter Energiespeicher! 1 Erkläre, wieso Wasser ein so guter Energiespeicher ist. Um Wasser zu erhitzen, braucht man viel Energie, die nach dem Erhitzen im Wasser gespeichert ist und beim Abkühlen nur langsam wieder abgegeben wird. 2 Wie hoch ist die spezifische Wärmekapazität von Wasser? J/kg C 3 Berechne die notwendige Energie. Erwärmungsvorgang notwendige Energiemenge in Joule (J) 1 kg Blei wird um 5 C erwärmt. 430 kg Aluminium werden von 10 C auf 30 C erwärmt. 1 2 kg Alkohol wird um 50 C erwärmt. 35 g Sauerstoff werden um 123 C erwärmt. 645 kj kj 60,75 kj 3142,65 kj Die spezifischen Wärmekapazitäten findest du auf Seite 20. Wie kann man den Energiebedarf angeben? 4 Wie gibt man den Energiebedarf eines Haushalts an? in Kilowattstunden 5 Warum ist in manchen Fällen die Einheit Kilowattstunde (kwh) praktischer als die Einheit Joule? 1 kwh = J In Haushalten wird sehr viel Energie verbraucht, daher ist die größere Einheit kwh zur Angabe des Energieverbrauchs praktischer. 6 Wozu brauchen Menschen und Tiere Energie? um Körpertemperatur, Körperfunktionen und Wachstum aufrechtzuerhalten 7 Der Energieumsatz wird in Kilowattstunden (kwh) angegeben. Gelegentlich findet man jedoch anstelle dieser Einheit Angaben in so genannten Wattsekunden (Ws). Wie viele Wattsekunden sind eine Kilowattstunde? 1 kwh = Wh = Ws Wh Wattstunden 8 Wie viele Stunden kann man eine 100-Watt-Lampe mit einer Energiemenge von 1 kwh betreiben? 1 kwh = Wh Eine 100 Watt Watt Lampe kann man 10 h mit 1 kwh betreiben. 9 Der durchschnittliche Strombedarf einer Person in Österreich beträgt pro Jahr ca kwh. Welche Menge an elektrischer Energie braucht der Mensch demnach durchschnittlich pro Stunde? Ein Jahr hat Stunden (24 365) Wh : = 125,6 W Pro Stunde benötigt ein Mensch also durchschnittlich eine elektrische Energiemenge von 125,6 Watt. 22 Energie fürs Leben 2 10 Richtig oder falsch? Kreuze an. richtig falsch Energie kann man in Kilowattstunden angeben. W S Eine 100-W-Glühbirne benötigt in einer Betriebszeit von 20 h im Schnitt 2 kwh Energie. A I Ein Staubsauger mit 1 kw Leistung benötigt in einer Stunde dieselbe Energie wie ein Staubsauger mit 0,5 kw in einer halben Stunde. Sechs 40-W-Glühbirnen sind eine Stunde in Betrieb. Sie benötigen dieselbe Energie wie drei 20-W-Glühbirnen, die vier Stunden in Betrieb sind. N T T D Die Buchstaben ergeben den Namen eines berühmten Ingenieurs und Physikers. Lösungswort: W A T T V2 Treibhauseffekt für Zuhause Beobachten + Untersuchen zwei flache Gefäße Glasschüssel Wasser Fülle zwei flache Gefäße mit Wasser, stelle sie an eine sonnige Stelle und stülpe über eines der beiden Gefäße eine Glasschüssel. Lass die Versuchsaufstellung eine Stunde in der prallen Sonne stehen und überprüfe dann die Temperatur. Was stellst du fest? Was hat der Versuch mit einem Treibhaus zu tun? Näheres dazu findest du auf Seite 51 und Seite 100. siehe Seite In Österreich spricht man von einem Niedrigenergiehaus, wenn die Nutzheizenergie pro Quadratmeter Wohnfläche in einem Jahr 50 kwh nicht übersteigt. Ein so genanntes Passivhaus benötigt noch weniger Heizenergie. Bei ihm gilt als höchste erlaubte Nutzheizenergiekennzahl 15 kwh/m 2. Berechne die maximale Gesamtheizenergie eines Niedrigenergiehauses bzw. eines Passivhauses mit 145 m 2 Wohnfläche. Ermittle für Vergleichszwecke auch die Gesamtheizenergie eines herkömmlichen Hauses (zb 70 kwh/m²). Niedrigenergiehaus: = kwh pro Jahr Passivhaus: = 2175 kwh pro Jahr herkömmliches Haus: = kwh pro Jahr 23 i Lösungen zu Kapitel 2 13

6 Lösungen zu Kapitel 2 Hinweise zu den Versuchen: V1, Seite 21 Die Oberfläche der umhüllten Blätter ist farblich verblasst. Das Pflanzengewebe ist sichtlich beeinträchtigt. Die Blätter sterben schließlich ab, da ohne Sonnenlicht im Blattinneren bestimmte lebenswichtige Reaktionen (Fotosynthese) nicht stattfinden können. V2, Seite 23 Das Wasser in jenem Gefäß, das mit einer Glasschüssel überstülpt worden ist, hat eine höhere Temperatur. Die Glasschüssel wirkt wie ein Treibhaus. Sonnenstrahlen können durch die Glasschüssel ins Innere dringen. Die reflektierten Wärmestrahlen bleiben innerhalb der Schüssel gefangen. Das Wasser erwärmt sich daher schneller Zusammenfassung Energie fürs Leben A Der Energieumsatz innerhalb einer bestimmten Zeit ist die Leistung. Leistung (P) = Energie ( W)/Zeit ) ( t) Die Einheit der Leistung ist Watt (W). Größere Leistungswerte gibt man in Kilowatt (kw) an. Eine weitere Einheit sind Pferdestärken (PS). Dabei entspricht 1 kw circa 1,36 PS. B Je höher der Wirkungsgrad einer Maschine ist, umso effektiver arbeitet sie. Der Wirkungsgrad zeigt das Verhältnis der Nutzenergie zur eingesetzten Energie. Benzinmotoren haben einen Wirkungsgrad von etwa 35 %, Windkraftanlagen von etwa 70 %. C Man benötigt etwa J um 1 kg Wasser um 1 C zu erwärmen. Dieser Wert wird als spezifische Wärmekapazität bezeichnet. Wasser ist ein sehr guter Energiespeicher. Es hat eine hohe spezifische Wärmekapazität. Eisen wird dagegen schnell heiß, kühlt aber auch schnell wieder ab. Eisen ist ein schlechter Energiespeicher. D Der Energiebedarf eines erwachsenen Menschen beträgt pro Tag etwa kj (ca kcal). Er wird durch die zugeführte Nahrung gedeckt. 99,98 % der Energie auf unserem Planeten kann auf die Sonne zurückgeführt werden. Die Sonne ist unsere Primärenergiequelle. Fasse zusammen 1 Formuliere zu jedem Absatz jeweils zwei Fragen. Musterlösung A Was ist Leistung aus physikalischer Sicht? Wie lautet die Einheit der Leistung? B Was besagt der Wirkungsgrad? Kennst du Beispiele für Angaben des Wirkungsgrades? C Was bedeutet spezifische Wärmekapazität? Kennst du Beispiele für gute und schlechte Energiespeicher? D Wie hoch ist der tägliche Energiebedarf eines Menschen? Weshalb ist die Sonne unsere Primärenergiequelle? 2 Arbeite nun mit einer Mitschülerin oder einem Mitschüler zusammen. Stellt euch gegenseitig eure selbst formulierten Fragen. Kopiervorlage wc63vk 14

7 Lösungen zu Kapitel 3 3 Basis und Plus Das kann ich! Wie Stoffe ihre Form verändern Wie können Temperaturänderungen Felsen sprengen? 1 Welche physikalische Eigenschaft machte sich Hannibal zunutze? Das Erwärmen regt die Bewegung der Teilchen in den Steinen an. Es kommt zu einer geringen Ausdehnung der Steine. Beim Abkühlen kehrt sich dieser Prozess um. Da sich der Prozess aber nicht gleichzeitig vollzieht, kommt es zu Spannungen. 2 Was passiert, wenn sich Stoffe erwärmen oder abkühlen? Alle Gase, fast alle Flüssigkeiten und die meisten Feststoffe dehnen sich bei Erwärmung aus und ziehen sich bei Abkühlung zusammen. V 3 Der Springbrunnen Beobachten Rundkolben durchbohrter Stopfen Glasrohr Stativ Bunsenbrenner Bild 1: Etwas Wasser wird erhitzt, bis es verdampft. Bild 2: Der Wasserdampf kondensiert, da die Flüssigkeit im Becher für Abkühlung sorgt. Dadurch entsteht ein Unterdruck. Wasser braucht im flüssigen Zustand weniger Raum als im gasförmigen Zustand. Vorsicht: Führe diesen Versuch nur zusammen mit deiner Lehrerin bzw. deinem Lehrer durch! Bild 1 Bild 2 Was bedeuten Schmelzpunkt und Siedepunkt? 3 Nenne die Bezeichnungen für verschiedene Stoffübergänge und finde für jeden Übergang Beispiele. Schmelzen: Eis wird flüssig. Verdampfen: Wasser kocht. Kondensieren: Wasserdampf bildet Tröpfchen auf glatten Oberflächen. Erstarren: Flüssiges Kerzenwachs wird hart. Sublimieren: Laserschneiden von Metallen 4 Was weißt du über Schmelz- und Siedepunkte von Stoffen? Die Stoffe wechseln ihren Aggregatzustand. Stoffe haben unterschiedliche Schmelz und Siedepunkte. Der Schmelzpunkt liegt unterhalb des Siedepunktes. V 4 Der kühle Alkohol Beobachten + Bewerten 1 Thermometer etwas Alkohol Wattebausch Tränke den Wattebausch mit Alkohol. Umwickle das Vorratsgefäß des Thermometers mit der feuchten Watte. Alkohol verdunstet bei Zimmertemperatur relativ schnell. Verdunstungsvorgänge benötigen aber Energie. Woher nimmt der Alkohol diese Energie? Wenn du die Anzeige des Thermometers betrachtest, findest du sicher die richtige Antwort. Verwende unbedingt eine Schutzbrille! siehe Seite Fest flüssig gasförmig 3 V5 Der Wasserkreislauf Beobachten 1 Glasplatte 1 Becherglas Wasser 1 Bunsenbrenner Stativ Baue das Stativ wie auf dem Bild auf. Erhitze das Wasser auf 100 C. Es entsteht Wasserdampf. Dieser steigt auf. An der Glasplatte kühlt er wieder ab und kondensiert. Es bilden sich Wassertropfen, die an die Unterkante der Glasplatte fließen. Dort tropfen sie ab. 5 Destilliert man verdünnten Sirup mit der dargestellten Apparatur, erhält man eine durchsichtige süße Flüssigkeit. Wie kannst du dir das erklären? Kühlwasser Der Farbstoff bleibt zum Großteil im Destillationsrückstand zurück. Zucker und Geschmacksstoffe werden mit dem Kondensation Wasserdampf transportiert und verleihen dem Destillat Verdampfung den Geschmack. 6 Wieso laufen Brillen an, wenn man in der kalten Jahreszeit vom Freien in einen warmen Raum kommt? Die Luft im Innenraum ist warm und enthält mehr Luftfeuchtigkeit. An den kalten Brillengläsern kühlt die Innenraumluft ab. Kalte Luft kann aber weniger Feuchtigkeit halten. Deshalb kondensiert Wasser an der Oberfläche der Brillengläser. 7 Im Bild ist der Wasserkreislauf der Erde dargestellt. Verdunstung und Kondensation spielen bei diesem Prozess eine wichtige Rolle. Beantworte mithilfe des Bildes die folgenden Fragen: a Warum handelt es sich um einen Kreislauf? b Welche Rolle spielt die Sonne im Wasserkreislauf? c Du kannst dem Bild entnehmen, dass Gletschereis sublimiert. Was bedeutet das? siehe Seite

8 Lösungen zu Kapitel 3 3 Basis und Plus Das kann ich! Von Wärme, Druck und gasförmigem Gold Gasförmiges Gold! 1 Wie kann man Gold aus anderen Elementen erzeugen? aus Platin und Quecksilber bei sehr hohen Temperaturen in Teilchenbeschleunigern und Reaktoren Schmelzen und Verdampfen kosten Energie! 2 Was gehört zusammen? Bilde richtige Sätze. Erstarren ist, wenn ein Körper vom flüssigen in Wasser. Alkohol verdunstet schneller als den gasförmigen Zustand übergeht. Verdunstung findet an der Energie an seine Umgebung ab. Verdampfen ist, wenn ein flüssiger Körper in den festen Zustand übergeht. Verdampft ein Körper, wird Oberfläche von Flüssigkeiten statt. Beim Erstarren gibt ein Körper dazu Energie benötigt. 3 Wie viel Energie ist nötig, um 1 kg gefrorenes Wasser (unmittelbar unter 0 C) in dampfförmiges Wasser (unmittelbar über 100 C) umzuwandeln? Du brauchst folgende Werte zur Lösung: spezifische Wärmekapazität von Wasser: 4,2 kj/kg C (gerundeter Wert) Schmelzwärme: 334 kj/kg Verdampfungswärme: 2200 kj/kg (4,2 100) = Es sind kj nötig. 4 Trage die folgenden Werte in das Wärme-Diagramm ein und verbinde sie zu einer Temperaturkurve: Temperatur (in C C) Dauer der Energiezufuhr (in min) Temperatur (in C) Um welchen Vorgang könnte es sich handeln? den Schmelzvorgang von Wasser min Dauer der Energiezufuhr (in min) Fest flüssig gasförmig 3 5 Im Winter streut man auf den Straßen Salz. Warum? Der Gefrierpunkt von Salzwasser liegt deutlich unter 0 C. Durch das Ausstreuen von Salz kann die Straße eisfrei gehalten werden. Finde heraus, warum diese Methode aus Gründen des Umweltschutzes nicht ganz unbedenklich ist. Das Salz landet auch am Straßenrand und kann zu einer Übersalzung der Böden und damit zu Schäden bei Bodenlebewesen und beim Pflanzenwachstum führen. 6 Das Linde-Verfahren ermöglicht die Verflüssigung von Gasen. Verdichtet man Gase, erwärmen sie sich. Beim Ausdehnen kühlen sie wieder ab. Wenn man das Gas verdichtet und es dann abkühlt, bevor man es wieder ausdehnt, kann man eine Temperatur erreichen, die niedriger als die Ausgangstemperatur ist. Das Linde-Verfahren funktioniert nach diesem Prinzip. a Recherchiere im Internet und versuche mehr über das Linde-Verfahren herauszufinden. Beim Verdichtungsprozess erwärmt sich die Luft stark. Im verdichteten Zustand wird die Luft anschließend abgekühlt. Lässt man das abgekühlte Gasgemisch sich dann wieder ausdehnen, kühlt es enorm ab und erreicht Temperaturen weit unter der Ausgangstemperatur. Dieser Vorgang kann wiederholt werden, bis die Luftgase ihre Siedepunkte unterschreiten und flüssig werden. b Versuche einen Bezug zwischen dem Linde-Verfahren und dem CO 2 -Patronen-Versuch auf Seite 36 herzustellen. Der Versuch bestätigt, dass komprimierte Gase abkühlen, wenn sie sich ausdehnen

9 Lösungen zu Kapitel 3 Hinweise zu den Versuchen: V1, Seite 27 Das Wachs schmilzt bei ca. 60 C. V2, Seite 27 Der Wassertropfen verdunstet allmählich. Dabei entweichen an seiner Oberfläche nach und nach Wassermoleküle, bis schließlich kein Wasser mehr vorhanden ist. V4, Seite 28 Der Alkohol nimmt die Energie aus der unmittelbaren Umgebung. Daher kühlt das Thermometer leicht ab. V7, Seite 31 Dass der Siedepunkt vom Druck abhängt. Lösung zu Aufgabe 7, Seite 29 a) Wasser ist ständig in Bewegung. Es gelangt über Flüsse ins Meer, verdunstet dort und bildet am Himmel Wolken. Diese Wolken sorgen für regelmäßigen Regen, der sich teilweise wieder in Flüssen sammelt oder über das Grundwasser weiterfließt. Ein Großteil des Wassers landet letztendlich wieder in den Meeren. Pflanzen und Tiere brauchen Wasser, das von ihnen über verschiedene Wege wieder ausgeschieden und so im Kreislauf weitergetragen wird. Wo sich die Wassermoleküle auch hinbewegen, man erkennt darin immer einen verzweigten Kreislauf, der maßgeblich für die lebendige Vielfalt unseres Planeten verantwortlich ist. b) Die Sonne ist der treibende Motor des Wasserkreislaufs. Ohne die Sonne würde es keine ausreichende Verdunstung und lebensfeindliche Temperaturen auf der Erde geben. Der Kreislauf wäre unweigerlich unterbrochen. b) Im Hochgebirge lösen sich teilweise Wassermoleküle aus der Eisverbindung und gehen dabei direkt in den gasförmigen Zustand über. Dieser Vorgang ist ein Beispiel für eine Sublimation Zusammenfassung Fest flüssig gasförmig A Stoffe verändern bei Temperaturänderungen über oder unter eine bestimmte Temperatur ihren Aggregatzustand. Man unterscheidet drei Aggregatzustände: fest, flüssig und gasförmig. Stoffübergänge bezeichnen wir als Schmelzen (fest flüssig), Verdampfen (flüssig gasförmig), Kondensieren (gasförmig flüssig), Erstarren (flüssig fest), Sublimieren (fest gasförmig) und Depositionieren (gasförmig fest). B Schmelzpunkt und Siedepunkt sind je nach Stoff verschieden. Das Verdunsten von Stoffteilchen in Flüssigkeiten findet immer an der Oberfläche statt. C Schmelzvorgänge benötigen Energie. Das Gleiche gilt für Verdampfungs- und Verdunstungsvorgänge. Salz senkt den Schmelzpunkt des Wassers auf ca. 20 C. Man verwendet es daher im Winter, um Straßen von Eis zu befreien. D Wasser siedet bei normalem Luftdruck bei 100 C. Sinkt der Druck, siedet Wasser bereits bei niedrigeren Temperaturen. Umgekehrt steigt die Siedetemperatur, wenn der Luftdruck erhöht wird (zb im Druckkochtopf). Fasse zusammen 1 Formuliere zu jedem Absatz jeweils zwei Fragen. Musterlösung A Wann verändern Stoffe ihren Aggregatzustand? Welche Stoffübergänge gibt es? B Von welchen Stoffen kennst du den Schmelzpunkt? Was bedeutet Verdunstung? C Wird beim Schmelzen Energie benötigt oder gewonnen? Warum streut man im Winter Salz? D Siedet Wasser immer bei 100 C? Warum werden im Druckkochtopf Speisen schneller gar? 2 Arbeite nun mit einer Mitschülerin oder einem Mitschüler zusammen. Stellt euch gegenseitig eure selbst formulierten Fragen. Kopiervorlage q2x6n9 18

10 Lösungen zu Kapitel 4 4 Basis und Plus Das kann ich! Physik in der Küche Im Druckkochtopf wird es ganz schön heiß! 1 Warum werden Speisen in einem Druckkochtopf schneller gar? Durch den erhöhten Druck siedet Wasser erst bei etwa 130 C. Bei dieser hohen Temperatur kann man Speisen effektiver kochen. 2 Wie kann man sich die Wirkungsweise des Druckkochtopfs mit dem Teilchenmodell vorstellen? Beim Verdampfen entfliehen schnelle Wasserteilchen aus der Flüssigkeit. Steht die Flüssigkeit unter Druck, brauchen die Teilchen mehr Energie, um Verdampfen zu können. Es sind daher schnellere Teilchenbewegungen und eine höhere Temperatur für das Verdampfen notwendig. Mit CO 2 -Partonen kann man Wasser gefrieren lassen! V 2 Das kühle Gel Beobachten + Untersuchen + Bewerten Rasiergel aus der Dose Zimmerthermometer Drücke aus der Rasiergel-Dose etwas Gel direkt auf den Messflüssigkeitsbehälter des Zimmerthermometers. Beobachte die Temperaturanzeige des Thermometers. Was geschieht? Begründe dieses Phänomen. siehe Seite 22 V 3 Das bewegte Hütchen Beobachten + Untersuchen + Bewerten Stecknadel Bleistift Spitzerdose quadratisches Blatt Papier (ca cm) In der Küche kann man gut beobachten, dass heißer Dampf aufsteigt. Bereits geringe Temperaturunterschiede können zu Luftströmungen führen. Stecke den Bleistift mit dem spitzen Ende senkrecht in eine Spitzerdose. Stich dann die Stecknadel vorsichtig senkrecht in das obere Ende des Bleistifts. Nun musst du das quadratische Blatt Papier an beiden Diagonalen falten. Forme ein Hütchen daraus (siehe Bild) und setze es auf die Stecknadel. Erwärme deine Hände, indem du sie heftig aneinanderreibst und halte sie sofort unter das Hütchen. Das Hütchen beginnt sich zu bewegen. Warum? siehe Seite Temperaturmaschinen 4 Wie funktioniert ein Kühlschrank? Ordne die Ziffern richtig zu. 1 Kompressor 2 Kondensator 3 Entspannungsventil (Drossel) 4 Verdampfer 5 Kältemittel (gasförmig) 6 Kältemittel (flüssig) Welche Arten von Kältemitteln gibt es? Früher wurden als Kältemittel in Kühlschränken oft so genannte Fluorchlorkohlenwasserstoffe (FCKW) verwendet. Da man jedoch erkannte, dass diese Stoffe umweltschädlich sind, beschloss man bei einer internationalen Konferenz in London im Jahr 1990 die Anwendung von FCKW einzustellen bzw. stark einzuschränken. a Recherchiere im Internet, auf welche Weise FCKW die Umwelt schädigen. FCKW zerstören die vor UV Strahlung schützende Ozonschicht der Erde. b Welche Kältemittel verwendet man heute? ein Gemisch aus Propan und Butan, Kohlenstoffdioxid oder Ammoniak 5 Wie entsorgt man alte Kühlgeräte und was geschieht anschließend mit den Geräten? Informiere dich zb beim örtlichen Altstoffsammelzentrum. Ausgediente Kühlschränke bringt man in ein Altstoffsammelzentrum. Von dort werden die alten Geräte an spezielle Betriebe weitergeleitet, die eine fachgerechte Entsorgung durchführen. V4 Der Luftballon-Versuch Beobachten + Untersuchen + Bewerten Luftballon Wenn das Kältemittel im Kühlschrank das Entspannungsventil durchläuft, dehnt es sich aus und kühlt dabei ab. Nimm einen Luftballon in beide Hände und ziehe ihn auseinander. Du erwartest sicher, dass er dabei etwas abkühlt. Wenn du den Luftballon an deine Lippen führst, wirst du aber merken, dass er sich erwärmt hat. Wie kannst du dieses unerwartete Phänomen erklären? Begründe es. siehe Seite

11 Lösungen zu Kapitel 4 4 Basis und Plus Das kann ich! Damit es im Winter drinnen warm ist Wärmestrahlung 1 Beim Hausbau bzw. bei der Altbausanierung sind Wärmebildkameras wichtige Hilfsmittel. Wo geht bei diesem Haus die meiste Wärme verloren? Die rot gefärbten Stellen deuten auf Wärmestrahlung hin, die nach außen dringt. Bei diesem Haus geht die meiste Energie bei den Fenstern und Türen verloren. V 5 Schwarz und Weiß Beobachten + Untersuchen 1 weiße und 1 schwarze Filmdose Wasser 1 schwarzes und 1 weißes Blatt Papier Fülle die schwarze und die weiße Filmdose mit Wasser und stelle beide eine halbe Stunde in die pralle Sonne. Miss anschließend die Wassertemperaturen und vergleiche sie miteinander. Was stellst du fest? Untersuche auch, wie sich schwarzes Papier im Vergleich zu weißem Papier verhält, wenn man beide einer direkten Sonnenbestrahlung aussetzt. siehe Seite 22 Wärmeströmung V 6 Die Kerze im Luftzug Beobachten + Untersuchen + Bewerten 2 Kerzen Öffne eine Tür, die einen warmen Raum von einem kalten Raum trennt. (Tipp: An kalten Tagen sind meistens Wohnräume etwas wärmer als Vorräume.) Stelle eine brennende Kerze in der Nähe der Türschwelle auf den Boden. Halte die andere Kerze an die Türrahmenoberkante. Beobachte, in welche Richtung sich die Kerzenflammen bewegen. Kannst du dieses Phänomen der Wärmeströmung erklären? siehe Seite 22 Wärmeleitung 2 Worum handelt es sich? Kreuze an. Es können mehrere Lösungen richtig sein. Wärmeströmung Wärmeströmung Wärmeleitung Wärmeleitung Wärmestrahlung Wärmestrahlung 42 Temperaturmaschinen 4 Die Wärmepumpe ist ein umgekehrter Kühlschrank! 3 Vergleiche den Kältemittelkreislauf einer Wärmepumpe mit dem eines Kühlschrankes. Eine Wärmepumpe kühlt ein Medium ab und erwärmt Räume. Ein Kühlschrank kühlt seinen Innenraum ab und gibt Wärme nach außen ab. Beide funktionieren nach demselben Prinzip. 4 Woher holen sich Wärmepumpen Energie? A B C Lies dir die folgende Texte genau durch. Ordne den Texten anschließend die richtigen Bilder (A, B oder C) zu: Wärmepumpen mit Erdsonden schicken das Kältemittel über senkrechte Leitungen tief ins Erdreich (20 bis 150 m). Dort wird das Kältemittel durch das Grundwasser oder die vorhandene Umgebungswärme zum Verdampfen gebracht. B Wärmepumpen mit Kollektoren schicken das Kältemittel durch großflächig angelegte Schlauchsysteme, die ca. 1 bis 2 m unterhalb der Erdoberfläche waagrecht angelegt sind. Das Kältemittel wird, ähnlich wie bei der Erdsondenwärmepumpe, durch die umgebende Erdwärme erwärmt und so zum Verdampfen gebracht. A C In Luftwärmepumpen wird das Kältemittel nicht durch Erdwärme, sondern durch die Wärmeenergie der Luft zum Verdampfen gebracht. 5 Wie gut leiten Stoffe Wärme? Recherchiere und ordne die folgenden Stoffe nach ihrer Wärmeleitfähigkeit. Beginne mit dem Stoff mit der besten Wärmeleitfähigkeit. Luft Holz Aluminium Wasser Glas Eisen Aluminium > Eisen > Glas > Wasser > Holz > Luft 6 Stell dir vor, es ist Sommer. Auch im Haus zeigt das Thermometer 35 C. Du gehst in die Küche und schließt alle Türen und Fenster. Lässt sich der Raum abkühlen, wenn du die Kühlschranktür offen lässt? Begründe deine Antwort. Nein, denn der Kühlschrank gibt an seiner Rückseite (beim Kondensator) Wärmeenergie an den Raum ab. Lässt du die Tür offen, wirkt die Abkühlung durch die ausströmende kalte Luft der Erwärmung hinter dem Kühlschrank entgegen

12 Lösungen zu Kapitel 4 Hinweise zu den Versuchen: V2, Seite 38 Die Temperaturanzeige des Thermometers sinkt geringfügig ab. Es nimmt die Temperatur des Gels an, das sich beim Entweichen aus der Dose ausdehnt und daher abkühlt. V3, Seite 38 Reibung erzeugt Wärme. Die erwärmten Hände geben diese Wärme an die umgebende Luft ab. Die erwärmte Luft steigt auf und stößt an das Hütchen, das sich daraufhin bewegt. V4, Seite 39 Bei Feststoffen führt eine Ausdehnung zu starken inneren Reibungen und Spannungen. Die dabei freigesetzte Energie wird in Form von Wärme spürbar. V5, Seite 42 Das Wasser in der schwarzen Filmdose ist wärmer als das Wasser in der weißen Filmdose. An der Oberfläche der weißen Filmdose wird die Sonnenstrahlung vornehmlich reflektiert. Die schwarze Filmdose hingegen absorbiert die Sonnenstrahlung. So kommt es zu einer schnelleren Erwärmung des Inhalts der schwarzen Filmdose. V6, Seite 42 Warme Luft steigt nach oben. Öffnet man in einem warmen Raum eine Tür, die in einen kälteren Raum führt, strömt die warme Luft an der Türoberkante in den kalten Raum während die kalte Luft an der Türunterkante aus dem kalten Raum in den warmen Raum strömt. Diese Luftströmungen sind an den Kerzenflammen zu beobachten Zusammenfassung Temperaturmaschinen Im Druckkochtopf siedet Wasser unter Druck erst bei ca. 130 C. Das Teilchenmodell veranschaulicht warum: Durch Energiezufuhr erhöht sich die Teilchenbewegung im Druckkochtopf. Es entsteht Dampf und in Folge hoher Druck. Dieser Druck verhindert, dass trotz der hohen Temperaturen weitere Wasserteilchen vom flüssigen in den gasförmigen Zustand übergehen. Im Innenraum eines Kühlschrankes nimmt ein Kältemittel Wärme auf und verdampft dabei. Durch anschließendes Verdichten steigt die Temperatur des Kältemittels. Im Kondensator an der Rückseite des Kühlschrankes gibt es Wärmeenergie an die Raumluft ab, kühlt dabei ab und wird flüssig. Es durchfließt dann ein Entspannungsventil und kühlt dabei noch weiter ab. Der Kreislauf beginnt von vorne. Wärmestrahlung ist eine Übertragungsform von Wärmeenergie ohne Mitwirkung von Teilchen oder Körpern. Trifft Wärmestrahlung auf einen Körper, erwärmt er sich. Wärmeströmung ist die Bewegung von erwärmten Luft- oder Flüssigkeitsmassen. Wärme wird dabei nur transportiert und nicht an andere Stoffe abgegeben. Bei der Wärmeleitung wird Bewegungsenergie an benachbarte Teilchen weitergegeben. Wärmepumpen entnehmen Wärmequellen, wie Erdreich, Grundwasser oder Luft, Wärmeenergie, heben diese Energie an und speisen sie in ein Hausheizsystem ein. Der Prozess ähnelt dem Kältemittelkreislauf beim Kühlschrank. Fasse zusammen Musterlösung 1 In den zusammenfassenden Texten findest du fett gedruckte Wörter. Es handelt sich dabei um sehr zentrale, also wichtige Begriffe. 2 Erinnere dich zu jedem dieser Begriffe an etwas Wichtiges oder Interessantes, das NICHT im zusammenfassenden Text steht. Notiere dazu jeweils einen Merksatz. Das Teilchenmodell hilft uns zu verstehen, warum sich Gase beim Erwärmen ausdehnen und beim Abkühlen zusammenziehen. Ein Beispiel für einen wichtigen Kreislauf der Erde ist der Wasserkreislauf, dessen treibende Kraft die Sonne ist. Wärmeenergie ist auf Teilchenbewegung zurückzuführen. Der Mensch ist selbst eine Wärmequelle. In einem Raum mit vielen Menschen erhöht sich die Raumtemperatur. 3 Stelle deine Merksätze einer Mitschülerin oder einem Mitschüler vor. Kopiervorlage 45hb6n 22

13 Lösungen zu Kapitel 5 5 Basis und Plus Das kann ich! Physik des Wetters Die Sonne ist der Motor des Wetters! 1 Was versteht man unter Wetter? den Zustand der Erdatmosphäre in einem bestimmten Gebiet zu einer bestimmten Zeit 2 Die Beaufort-Skala reiht Winde nach ihrer Geschwindigkeit von Windstille bis Orkan. In der rechten Tabelle werden beobachtbare Erscheinungen genannt. Versuche die Wirkungen den Windstärken zuzuordnen. Beaufort-Skala Beobachtungen Windstärke Bezeichnung Wirkung 0 Windstille schwere Sturmschäden 1 5 km/h leichter Zug Rauch wird abgelenkt 2 11 km/h leichte Brise keine Luftbewegung 3 19 km/h schwache Brise Verwüstungen 4 28 km/h mäßige Brise Zweige bewegen sich, Papier wird aufgewirbelt 5 38 km/h frische Brise größere Zweige bewegen sich 6 49 km/h starker Wind große Bäume bewegen sich, Zweige brechen 7 61 km/h steifer Wind Blätter rascheln, Wind ist im Gesicht spürbar 8 74 km/h stürmischer Wind dünne Zweige bewegen sich 9 88 km/h Sturm Dachziegel werden abgehoben km/h schwerer Sturm Bäume werden entwurzelt km/h orkanartiger Sturm Bäume schwanken km/h Orkan dicke Äste bewegen sich, Drähte und Leitungen singen und pfeifen Wie entstehen aus feuchter Luft Wolken? 3 Wie entsteht Luftfeuchtigkeit? durch das Verdunsten von Wasser aus Gewässern und dadurch, dass Pflanzen Wasserdampf an die Luft abgeben 4 Auf welche Weise beeinflusst die Luftfeuchtigkeit unser Wohlbefinden? Die Luftfeuchtigkeit lässt uns Temperaturen besser wahrnehmen. Feuchte Hitze und feuchte Kälte erscheinen uns unangenehm. 5 Erkläre, wie Wolken entstehen. Mit Wasserdampf gesättigte Luft muss unter den Taupunkt abkühlen. Gibt es in der Luft Kondensationskeime, kondensiert Wasserdampf daran und eine Wolke bildet sich. 48 Physikalischer Wetterbericht 5 V2 Das Zapfenhygrometer Beobachten + Untersuchen Kiefernzapfen Kleber dünner Strohhalm Karton als Unterlage Klebe einen Kiefernzapfen so auf die Kartonunterlage, dass er aufrecht steht. Fixiere den Strohhalm auf einer der Deckschuppen und beobachte den Zapfen. Was passiert? Und wie soll uns der Kiefernzapfen Auskunft über die Luftfeuchtigkeit geben? Frage auch deine Biologie-Lehrerin oder deinen Biologie-Lehrer. siehe Seite 26 6 Richtig oder falsch? Kreuze an. richtig falsch Absolute Luftfeuchtigkeit lässt Fenster beschlagen. E R Segelflugzeuge haben deutliche Kondensstreifen. S E Die Einheit der absoluten Luftfeuchtigkeit ist g/m 3. G T Die relative Luftfeuchtigkeit wird in % angegeben. E U Kondensstreifen sind bei Flugzeugstarts sichtbar. G N Lösungswort: R E G E N 7 Hast du schon einmal bemerkt, dass am Meer oder an einem See morgens und abends kein Wind weht, tagsüber aber mitunter starke Winde wehen in der Nacht ebenfalls, nur in anderer Richtung? Woran kann das liegen? Zeichne in der Skizze die Windrichtung ein und begründe deine Überlegungen. Denke daran, dass Winde Temperaturunterschiede bedeuten. siehe Seite 26 8 Die Einteilung von Wolken erfolgt nach ihrer Gestalt und der Höhe in der Atmosphäre, in der sie sich befinden. Die Sprache der Meteorologie ist Latein. Daher haben auch die Wolken lateinische Namen. Ordne die richtigen Begriffe einander zu. Cumulus mittelhohe Wolken Nimbus Stratus Schichtwolken Cirrus Cirrus Schleierwolken Nimbus Haufenwolken Cumulus Alto Stratus Alto Regenwolken 49 24

14 Lösungen zu Kapitel 5 5 Basis und Plus Das kann ich! Wetterbericht und Klima Meteorologie ist die Wetterkunde! 1 Wie nennt man die Lehre von den Vorgängen in der Atmosphäre? Meteorologie 2 Welche Geräte und Techniken kennst du, um Wettertrends vorherzubestimmen? Barometer (misst Luftdruckunterschiede); Regenradar (Regen reflektiert Radarwellen und wird dadurch auf dem Radarschirm sichtbar); Satellitenbilder (zeigen die Bewölkung) 3 Weshalb sind Wetterprognosen nie ganz genau? Das Wetter wird von vielen Faktoren beeinflusst. Einige dieser Faktoren (zb die unterschiedliche Erwärmung von Wäldern und Städten oder die Geschwindigkeit der Wolkenbildung) können bei Vorhersagen jedoch kaum berücksichtigt werden. Wetterkarten zeigen den Luftdruck an! 4 Betrachte die Wetterkarte und überlege, welche Aussagen über das Wetter du daraus ableiten kannst. Mache dir Notizen und erstelle einen Wetterbericht. Gehe auf Winde, Temperaturen und Wetterumschwünge ein. siehe Seite 26 5 Ein Tief ist unbeliebter als ein Hoch. So schlecht ist es aber gar nicht, oder? Kreuze die richtigen Antworten an. Ein Tief auf der Wetterkarte heißt kaltes Wetter. Tiefdruckgebiet heißt eigentlich nur, dass hier ein niedrigerer Luftdruck als in der Umgebung herrscht. In einem Tiefdruckgebiet regnet es ständig. Das Klima ändert sich! 6 Ergänze den Lückentext zum Treibhauseffekt. Einfallendes Sonnenlicht wird in Wärmestrahlung umgewandelt. In einem Treibhaus wird diese Strahlung zurückgehalten. Ähnlich wirken Gase wie Methan und Kohlenstoffdioxid. Sie lassen die Wärmestrahlung nicht entweichen. In der Folge erwärmt sich die Erde. Man spricht vom Treibhaus effekt. 52 Physikalischer Wetterbericht 5 Die Corioliskraft bringt Schwung ins Wetter! V3 Die Kugel in einem rotierenden System Beobachten + Bewerten Plattenspieler alte Schallplatte etwas Mehl kleine Kugel Lege eine alte Schallplatte auf den Plattenteller und bestreue sie mit etwas Mehl. Starte den Plattenspieler und versuche die Kugel quer über die Platte zu rollen. Du wirst die Spuren der Kugel auf der Platte sehen. Rolle die Kugel unterschiedlich schnell. Wie kannst du den Versuch deuten? Welche Kraft wirkt? siehe Seite 26 7 Was kannst du selbst gegen den Treibhauseffekt unternehmen? Sammle Ideen. öfter auf das Auto verzichten mit öffentlichen Verkehrsmitteln oder dem Fahrrad fahren, Fahrgemeinschaften bilden; Strom sparen Energiesparlampen oder LED Lampen Lampen statt Glühbirnen, Elektrogeräte nicht unnötig eingeschaltet lassen; vermehrt heimische Lebensmittel kaufen 8 Der Pinatubo ist ein phillipinischer Vulkan, der 1991 nach langer Ruhepause ausgebrochen ist und einige Jahre lang unser Klima verändert hat. Wie kann ein Vulkan das Klima beeinflussen? Bei einem Vulkanausbruch werden große Mengen Staub und Gase in die Atmosphäre geschleudert. Dadurch bilden sich Wolken, die über Jahre in der Atmosphäre bleiben und die Sonneneinstrahlung vermindern. Die Durchschnittstemperatur sinkt. 9 Es gibt auf der Erde Zonen mit annähernd gleichem Luftdruck, ähnlich wie die Klimazonen. Das bedeutet, dass auch die Winde annähernd gleich sind. So gibt es stetige Winde von der subtropischen zur tropischen Zone, die Passat genannt werden. Durch die Erdrotation scheinen die Winde abgelenkt zu werden. Zeichne im Bild mit kleinen Pfeilen die Windrichtung ein und erkläre, warum es in den Subtropen oft sonnig und heiß ist, während es in den Tropen jeden Tag regnet. Äquator Denke dabei an Gebiete mit Hoch- und Tiefdruck. Verwende den Atlas. Dort sind große Windsysteme eingezeichnet. Erdrotation 53 25

15 Lösungen zu Kapitel 5 Hinweise zu den Versuchen: V2, Seite 49 Kiefernzapfen reagieren auf die Luftfeuchtigkeit. Steigt die Luftfeuchtigkeit, wird auch der Zapfen feuchter. Er beginnt sich zu schließen. Bei trockener Luft öffnet er sich wieder. V3, Seite 53 Die Corioliskraft. Je langsamer die Kugel gerollt wird, umso stärker wird sie abgelenkt. Lösung zu Aufgabe 7, Seite 49 links: Bei Tag erwärmt sich das Land schneller als das Wasser. Die warme Luft über dem Land steigt auf, die kühlere Luft fließt vom Wasser her nach. rechts: Bei Nacht kühlt das Land schneller ab als das Wasser. Die wärmere Luft über dem Wasser steigt auf, die kühlere Luft fließt vom Land her nach. Lösung zu Aufgabe 4, Seite 52 Notizen zur Wetterkarte: Tief über Skandinavien und der Adria Hoch über Slowenien/Kroatien und dem Atlantik Warmfront über der Adria Kaltfront über dem Balkan und dem Mittelmeer bei Frankreich Luftdruckunterschiede zwischen dem Skandinavien-Tief und dem Atlantik-Hoch sind größer, dort ist eventuell stärkerer Wind möglich. Luftdruckunterschied zwischen Hoch über Slowenien/Kroatien und Adria-Tief ist gering, ein Zeichen von schwachem Wind. Temperatur ist nur über dem Südosten Spaniens hoch, in Mitteleuropa kühl bis kalt, am kältesten ist es beim Skandinavien-Tief. Beispiel einer Wettervorhersage: Das Wetter in Mitteleuropa wird von zwei Tiefs bestimmt, eines über Skandinavien und eines über der Adria. Die Kaltfront, die Österreich überquert hat, wird in Richtung Balkan und Schwarzes Meer ziehen und dort für Niederschläge sorgen. Im Norden und Westen Österreichs kühles, überwiegend trockenes Wetter. Südlich der Alpen und im Osten teilweise ergiebige Niederschläge aufgrund des Adria-Tiefs. Fasse zusammen Musterlösung 1 In den zusammenfassenden Texten findest du fett gedruckte Wörter. Es handelt sich dabei um sehr zentrale, also wichtige Begriffe. 2 Erinnere dich zu jedem dieser Begriffe an etwas Wichtiges oder Interessantes, das NICHT im zusammenfassenden Text steht. Notiere dazu jeweils einen Merksatz. Sehr hohe und sehr tiefe Temperaturen nehmen wir in Verbindung mit hoher Luftfeuchtigkeit als unangenehm war. Kondensationskeime sind Staubkörnchen und andere Luftverunreinigungen. Satelliten dienen der Erdbeobachtung, man erkennt die Wolkenfelder. Sind die Isobaren nahe beieinander, bedeutet das Druckunterschiede auf engem Raum. Starker Wind kann die Folge sein. 3 Stelle deine Merksätze einer Mitschülerin oder einem Mitschüler vor. 54 Kopiervorlage 5xt634 26

16 Lösungen zu Kapitel 6 6 Basis und Plus Das kann ich! Der Aufbau der Materie Das Periodensystem der Elemente teilt die Atome ein! 1 Wie sind im Periodensystem der Elemente einzelne Elemente geordnet? nach der Kernladungszahl 2 Was gibt die Atommasse der Elemente an? die Zahl der Protonen und Neutronen 3 Wodurch wird ein Atom zu einem Ion? Wenn ein neutrales Atom Elektronen aufnimmt oder abgibt, wird es zu einem negativ oder positiv geladenen Ion. 4 Suche die folgenden Elemente im Periodensystem. Schreibe die Anzahl der Protonen, Neutronen und Elektronen in die Tabelle und zeichne die benötigten Schalen mit der richtigen Elektronenanzahl um die Kerne. Stickstoff N Helium He p + 7 p + 2 n 7 n 2 e 7 e 2 Kalium K Argon Ar p + 19 p + 18 n 20 n 22 e 19 e 18 5 Die Elemente sind im Periodensystem folgendermaßen geordnet: 7 Perioden in waagrechten Reihen: Die Elemente einer Periode haben gleich viele Schalen. 18 Gruppen in senkrechten Spalten: Die Elemente einer Gruppe haben gleich viele Außenelektronen. Fülle die Tabelle mithilfe des Periodensystems auf der Einbandinnenseite aus. Element Symbol Gruppe Periode Element Symbol Gruppe Periode Natrium Na 1 3 Xenon Xe 18 5 Barium Ba 2 6 Kobalt Co 9 4 Aluminium Al 13 3 Scandium Sc 3 4 Iod I 17 5 Silicium Si Strom unter der Lupe 6 Wie können sich Atome verbinden? 6 Richtig oder falsch? Kreuze an. richtig falsch Wasser ist ein Beispiel für eine Ionenbindung. U A Zwei Nichtmetalle teilen sich Außenelektronen. T N Nur negativ geladene Ionen können sich binden. D O Nichtmetalle können keine Bindungen eingehen. A M Das Elektronengas findet man bei Metallbindungen. E D Lösungswort: A T O M E Frei bewegliche Elektronen können Strom leiten! V1 Leitfähigkeitsversuch Beobachten Batterie Lämpchen Drähte Glas Salz Wasser Baue den Stromkreis im Bild nach und probiere, Strom durchs Wasser zu leiten. Gib Salz ins Wasser und löse es auf. Wiederhole den Versuch. Leuchtet das Lämpchen jetzt? Erkläre. siehe Seite 30 7 Ernest Rutherford beschoss eine 1-Atom-dünne Goldfolie mit Heliumkernen. Er machte dabei folgende Beobachtungen: a Ein Großteil der Teilchen durchdrang die Folie. b Einige Teilchen wurden abgelenkt. c Sehr wenige Teilchen wurden zurückgeworfen. T Teilchen, die die Goldfolie o dur chdrungen haben Wie kannst du Rutherfords Ergebnisse erklären? Atome haben ein kleines Zentrum, den Atomkern. Teilchenbeschuss Um ihn herum ist relativ viel Freiraum, sodass die meisten Heliumkerne ungehindert durch die Atome fliegen können. Nur wenn sie auf einen abgelenkte Teilchen Goldfolie o Atomkern treffen, werden sie abgelenkt oder zurückgeworfen

17 Lösungen zu Kapitel 6 6 Basis und Plus Das kann ich! Elektrostatik Ruhende elektrische Ladungen sind häufig! V 4 Was lässt sich anziehen? Beobachten Lineal Luftballon Papierkügelchen ein langes Haar etwas Alufolie Lade dein Lineal und den aufgeblasenen Luftballon auf, indem du sie an deinen Haaren reibst. Versuche nun herauszufinden, welche Dinge und sich anziehen lassen und welche nicht. Probiere es mit Haaren, Papierkügelchen, Brotkrümeln und anderem. Ziehen Lineal und Ballon einander an? siehe Seite 30 Ladungen beeinflussen einander und ihre Umgebung! 1 Kreuze die richtigen Lösungen an. Gleiche Ladungen ziehen einander an. stoßen einander ab. Eine Ladung beeinflusst ihre Umgebung so ähnlich wie die Temperatur. ein Magnetfeld. Wenn die Zeiger des Elektroskops weit voneinander wegzeigen, ist die Ladung groß. klein. 2 Was gehört zusammen? Bilde richtige Sätze. Die Glimmlampe zeigt an, wird ein Körper negativ geladen. Ein Elektroskop misst ob ein Körper positiv oder negativ geladen ist. Bei der Aufnahme von Elektronen die Beeinflussung des ungeladenen Leiters durch eine Ladung. Bei Körpern gibt es drei Ladungszustände: die Stärke der Ladung. Nach Elektronenabgabe neutral, positiv geladen und negativ geladen. Die elektrische Influenz ist wird ein Körper positiv geladen. V 5 Das Selbstbau-Elektroskop Beobachten Alufolie Korken Büroklammer Plastikstab Biege die Büroklammer wie im Bild rechts (Mitte) und stecke sie in den Korken. Schneide dir zwei etwa 8 cm lange, 3 4 mm breite Streifen Alufolie zurecht, falte die Enden um und hänge sie auf den Haken der Büroklammer. Nähere dich von oben mit einem aufgeladenen Plastikstab. Was passiert? siehe Seite Strom unter der Lupe 6 3 Finde die Fehler und stelle die Sätze richtig. Die Elektrostatik befasst sich mit fließenden elektrischen Ladungen. Die Elektrostatik befasst sich mit ruhenden elektrischen Ladungen. Bei der Glimmlampe leuchtet immer die positiv geladene Seite. Dort gibt es viele freie Elektronen. Bei der Glimmlampe leuchtet immer die negativ geladene Seite. Beeinflusst ein ungeladener Körper einen geladenen Körper, spricht man von elektrischer Influenz. Beeinflusst ein geladener Körper einen ungeladenen Körper, spricht man von elektrischer Influenz. Ein Elektroskop kann nur die Stärke von negativen Ladungen messen. Ein Elektroskop kann nur die Stärke von ruhenden Ladungen messen. 4 Bei der Bildung von Wolken entstehen durch die Reibung der Wassermoleküle und anderer Teilchen Bereiche mit positiver und Bereiche mit negativer Ladung. Die positiven Ladungen sind meist oben in der Wolke, die negativen unten. Ist der Ladungsunterschied in der Wolke selbst oder zwischen Wolkenunterseite und Erde groß genug, entsteht ein Blitz, der für den Ladungsausgleich sorgt Zeichne im Bild rechts die Ladungsverteilung in der Wolke ein. Wie muss die Erde geladen sein, damit es zu einem Blitz kommen kann? Die Erde muss positiv geladen sein Blitze schlagen häufig in Gewässer, Bäume, Berge und metallische Gegenstände ein. Halte dich bei einem Gewitter von ihnen fern! Seit 1752 weiß man, dass Blitzableiter ähnlich wie ein Faraday scher Käfig die Ladung am Haus vorbei in die Erde leiten. Recherchiere im Internet und sammle Informationen über den Erfinder des Blitzableiters. 6 Bei Übung 4 hast du schon Ladungen in Blitze und Wolken eingezeichnet. Nun schlägt ein Blitz in einen metallenen Kasten ein. Zeichne ein, wie der Blitz und der Kasten geladen sind. Denke daran, dass die überschüssigen Elektronen außen abfließen