Michael Maiworm Themenheft. Physik. Wärmelehre. Arbeitsblätter für den deutschsprachigen Fachunterricht an Auslandsschulen

Transkript

1 Michael Maiworm Themenheft Physik Wärmelehre Arbeitsblätter für den deutschsprachigen Fachunterricht an Auslandsschulen

2 Inhaltsverzeichnis Blatt 1: Warm und kalt Blatt 2: Ein Thermometer selbst gebaut Blatt 3: Celsius, Fahrenheit, Kelvin die Temperaturskalen Blatt 4: Feste Stoffe dehnen sich aus Blatt 5: Das Bimetall Blatt 6: Das Wasser ist eine besondere Flüssigkeit (Teil 1) Blatt 7: Das Wasser ist eine besondere Flüssigkeit (Teil 2) Blatt 8: Die Bewegung der kleinsten Teilchen Blatt 9: Wärme und innere Energie Blatt 10: Wärme und Temperatur (Teil 1) Blatt 11: Wärme und Temperatur (Teil 2) Blatt 12: Schmelzen und Sieden Blatt 13: Kondensieren und Erstarren Blatt 14: Was passiert, wenn eine Flüssigkeit verdunstet? Blatt 15: Wie funktioniert der Kühlschrank? Blatt 16: Wie funktioniert der Viertakt Ottomotor? Blatt 17: Die Teile eines Viertakt - Ottomotors Blatt 18 Der Zweitakt - Ottomotor Blatt 19: Der Dieselmotor Blatt 20: Elektrische Energie durch Wärme Blatt 21: Nun rate mal Blatt 22 : Wortliste Wärmelehre Grundkonzeption, Layout und Herausgeber Michael Maiworm Deutsche Schule Mexiko-Stadt (Xochimilco) michaelmaiworm@cityweb.de Autor Michael Maiworm Zeichnungen und Fotos José Antonio Arean Álvarez Michael Maiworm Das Werk und seine Teile sind urheberrechtlich geschützt. Die öffentliche Zugänglichmachung eines für den Unterrichtsgebrauch an Schulen bestimmten Werkes ist stets nur mit Einwilligung des Berechtigten zulässig ( 52a, Abs. 2 UrhG). Diese Regelung betrifft auch das Kopieren von Einzelseiten.

3 Physik Wärmelehre, Blatt 1 Warm und kalt 1. Versuch 2. Versuch 1. Schreibe in die Kästen: kalt, heiß, warm 2. Ergänze den Text: Im ersten Versuch hält der Schüler Der Schüler fühlt Im zweiten Versuch hält der Schüler Der Schüler fühlt _ Wärme und Temperatur Wenn wir ein Glas mit kaltem Wasser auf einen heißen Ofen stellen, dann nimmt das Wasser die Wärme (-e Wärme) des Ofens auf. Die Wärme geht vom Ofen in das Wasser. Ein großes Glas mit Wasser kann mehr Wärme aufnehmen als ein kleines Glas mit Wasser. Wenn wir das heiße Wasser in einen Kühlschrank stellen, dann gibt das Wasser die Wärme wieder ab. Wir können die Wärme nicht sehen und nicht mit einem Thermometer (-s Thermometer, -) messen. Mit einem Thermometer können wir aber die Temperatur (-e Temperatur, -en) messen. Die Wärme und die Temperatur sind zwei verschiedene Dinge. Ein großes Glas mit Wasser und ein kleines Glas mit Wasser haben bei der gleichen Temperatur verschieden viel Wärme. 3. Ergänze den Text: Die Wärme ist das, was ein Gegenstand oder. Die Temperatur ist das, was wir oder. Wir können mit messen. (Setze in der richtigen Form ein: -s Thermometer, auf/nehmen, messen, -e Temperatur, abgeben, fühlen)

4 Physik Wärmelehre, Blatt 2 Ein Thermometer selbst gebaut Beschreibe den Versuch (Dabei kannst du das Wortgeländer benutzen. Achte auf den richtigen Fall!). (Zuerst, geben, -e Thermometerflüssigkeit, -r Erlenmeyerkolben. Dann, stecken, -r Stopfen mit Glasrohr, -r Erlenmeyerkolben) (geben, -s Thermometer, -s Gefäß mit Eiswasser, markieren, 0 C) (geben, -s Thermometer, -s Gefäß mit siedendem Wasser, markieren, 100 C) (teilen, Strecke, 0 C, 100 C, 100 gleiche Abschnitte)

5 Physik Wärmelehre, Blatt 3 Celsius, Fahrenheit, Kelvin die Temperaturskalen Die Thermometer in eurem Haus haben eine Celsius Skala. Auch der mexikanische Wetterbericht gibt die Temperatur in C (Grad Celsius) an. In den USA benutzt man eine andere Temperaturskala: Zum Beispiel gibt der Wetterbericht in den USA die Temperatur in Grad Fahrenheit an. In der Wissenschaft gibt es eine dritte Temperaturskala: Die Kelvin Skala. Was ist der Unterschied zwischen den Temperaturskalen? Der Schwede Anders Celsius ( ) schlug im Jahr 1742 vor, die Schmelztemperatur von Eis (das ist die Temperatur, bei der Eis flüssig wird) und die Siedetemperatur von Wasser (das ist die Temperatur, bei der Wasser kocht) als Fixpunkte zu verwenden. Zwischen 0 C und 100 C teilte er die Skala in 100 gleiche Teile. Nach oben und nach unten erweiterte er die Skala mit der gleichen Einteilung. Etwa 30 Jahre vorher entwickelte Daniel Gabriel Fahrenheit ( ) eine andere Skala: Er nahm als unteren Fixpunkt (0 F) die Temperatur einer Kältemischung (eine Mischung aus Wasser, Eis und Salmiaksalz). Als oberen Fixpunkt (100 F) nahm er die Körper-temperatur eines gesunden Menschen. Die tiefste Temperatur ist -273 C. Man kann einen Körper nicht tiefer abkühlen. Lord Kelvin ( ) wählte diese Temperatur als Nullpunkt seiner Skala. Der Abstand zwischen 0 K und 1 K ist genau so groß wie der Abstand zwischen 0 C und 1 C. Wörterbuch: -e Skala, -s: la escala -r Wetterbericht, -e: el boletín meterológico verwenden: usar erweitern: ampliar entwickeln: desarrollar Bilde fünf Sätze zu den Temperaturskalen. Bei der Celsiusskala Bei der Fahrenheitskala Bei der Kelvinskala ist der untere Fixpunkt obere Fixpunkt die tiefste Temperatur, die Schmelztemperatur die Temperatur die Siedetemperatur des menschlichen Körpers. von Wasser. die es gibt. einer Kältemischung. von Eis

6 Physik Wärmelehre, Blatt 4 Feste Stoffe dehnen sich aus 1. Beispiel: Ergänze den Lückentext. Setze alle Wörter in der richtigen Form ein: -e Lücke, -n sich ausdehnen klein -e Schiene, -n verbiegen groß Wenn es heiß ist, werden sehr warm. Sie aus. Wenn sie sich sehr stark ausdehnen, dann können sich die Schienen (siehe Bild). Um diese Unfälle zu verhindern, lässt man zwischen den Schienenstücken. Wenn es kalt ist, dann sind diese Lücken und du kannst es hören, wenn ein Zug (zum Beispiel der tren ligero in Mexiko - Stadt) über diese Lücken fährt. 2. Beispiel: Bilde Sätze aus dem Wortgeländer. (Brücke, ändern, verschieden, Temperatur, Länge) (zwischen, Straße, Brücke, einbauen, Spalten) 3. Beispiel: Beschreibe das Bild und verwende dabei möglichst viele vorgegebene Wörter.

7 Physik Wärmelehre, Blatt 5 Das Bimetall Wir können das Wort Bimetall (-s Bimetall, -e) mit dem Wort Zweimetall (bi = zwei) übersetzen. Das Bimetall besteht aus zwei verschiedenen Metallen, die fest miteinander verbunden sind. Wenn wir diese Metalle erwärmen, dann dehnen sich unterschiedlich stark aus. Zum Beispiel kannst du ein Bimetall aus Aluminium und aus Eisen herstellen. Das Eisen dehnt sich wenig aus, wenn man es erhitzt. Das Aluminium dehnt sich stark aus, wenn man es erhitzt. Weil beide Metalle fest miteinander verbunden sind, biegt sich das Bimetall. Wie wird ein Bimetall gemacht? Bilde sechs Sätze in der richtigen Reihenfolge. Setze dazu die Wörter in der richtigen Form in das Passiv. glühende Platten verbundene Metalle Anschließend Zuerst Zuletzt Dann Dadurch wird werden die Platte aus zwei verbundenen Metallen die Platten auf über 1000 C zwei Platten aus verschiedenen Materialien die Bimetall-Platte in Streifen die Platten fest miteinander die glühenden Platten aufeinander pressen schneiden verbinden herstellen walzen erhitzen

8 Physik Wärmelehre, Blatt 6 Das Wasser ist eine besondere Flüssigkeit (Teil 1) In der Mitte des Becherglases ist eine dicke Pappe. In der linken Hälfte ist farbiges warmes Wasser und in der rechten Hälfte ist kaltes Wasser. Dann zieht man die dicke Pappe vorsichtig nach oben. 1. Zeichne das Wasser im rechten Bild ein. 2. Beschreibe deine Beobachtungen. 3. Erkläre den Versuch. Erstelle aus den Satzteilen einen sinnvollen Text. (auf den Boden, und steigt, Kaltes Wasser, nach oben, Wenn man, hat eine, Es sinkt, das Wasser erwärmt, große Dichte, dann dehnt es sich aus) Kaltes Wasser 4. Ergänze den Text: Wenn wir eine Flüssigkeit erwärmen, dann Wenn wir eine Flüssigkeit abkühlen, dann

9 Physik Wärmelehre, Blatt 7 Das Wasser ist eine besondere Flüssigkeit (Teil 2) 1. Beschreibe den Versuch. Bilde aus den folgenden Wörtern sinnvolle Sätze. (Zuerst, Thermometer, Temperatur, Eis, Dann halten, Thermometer, Boden, messen, Temperatur) 2. Schreibe die gemessenen Temperaturen an die Bilder 1 und Erkläre den Versuch. Setze die folgenden Wörter ein. (ziehen sich nur zusammen, größte Dichte, zieht es sich zusammen, dehnt es sich wieder aus, auf den Boden) Wenn man das Wasser abkühlt, dann. Es sinkt. Bei einer Temperatur von 4 C hat das Wasser die. Wenn man das Wasser weiter abkühlt, dann. Alle anderen Flüssigkeiten,, wenn man sie abkühlt. Deshalb spricht man von der Anomalie (-e Anomalie, -n) des Wassers. 4. In den linken Gefäßen ist eine beliebige Flüssigkeit (z. B. Alkohol). In den rechten Gefäßen ist Wasser. Zeichne die Höhe der Flüssigkeit in den Steigrohren ein und verbinde mit einer Linie.

10 Physik Wärmelehre, Blatt 8 Die Bewegung der kleinsten Teilchen 1. Lies den Text sorgfältig durch. 2. Markiere im Text die Sinnabschnitte (durch horizontale Linien). 3. Schreibe aus jedem Sinnabschnitt die Wörter, die dir wichtig erscheinen, in die mittlere Spalte. 4. Entwickle eigene Merksätze zu jedem Sinnabschnitt. Schreibe diese Sätze in die rechte Spalte. Text Wichtige Wörter Merksätze Im Jahr 1827 machte der englische Arzt und Botaniker Robert Brown eine interessante Entdeckung: Brown interessierte sich besonders für den Inhalt von Pollen. Er zerkleinerte einige Körner in einem Tropfen Wasser. Die winzigen Stücke aus den Pollen beobachtete er mit einem Mikroskop. Er war sehr erstaunt als er feststellte, dass sich diese Partikel immer regellos und durcheinander bewegten. Zuerst glaubte Robert Brown, dass er kleine Lebewesen beobachtet hatte. Aber später sah er, dass sich auch Körner aus Staub und sogar kleine Körner aus Metall bewegten. Und diese Körner konnten nicht leben! Später fanden die Wissenschaftler eine Erklärung für die Beobachtung von Robert Brown. Die größeren Partikel, die Robert Brown beobachtete, werden ständig von den unsichtbaren, viel kleineren Wasserteilchen (Molekülen) angestoßen. Es sind die Wassermoleküle, die sich ständig bewegen! Die Ursache für die unregelmäßigen Bewegungen der Pollenpartikel war also die Bewegung der Wassermoleküle. Auch heute noch nennt man die unregelmäßige Bewegung der Partikel Brown sche Bewegung. Nicht nur die Wassermoleküle bewegen sich ständig. Später fanden Wissenschaftler heraus, dass sich alle Atome und alle Moleküle ständig bewegen. Die Geschwindigkeit der einzelnen Moleküle oder Atome ist aber sehr unterschiedlich, deshalb sprechen wir nur von der mittleren Geschwindigkeit aller Moleküle oder Atome. Seit ca. 100 Jahren kann man auch die mittlere Geschwindigkeit der kleinsten Teilchen berechnen. Wenn die Temperatur steigt, dann wird die mittlere Geschwindigkeit der Teilchen größer. Bei tiefen Temperaturen bewegen sich die kleinsten Teilchen nur langsam. Bei - 273,16 C bewegen sich die Atome oder Moleküle nicht mehr. Dies ist die tiefste Temperatur, die ein Körper haben kann. Wir nennen diese Temperatur absoluter Nullpunkt. Wörterbuch -s Korn, -er: el grano beobachten: observar -s Partikel, -n: la particula sinken: bajar -r Pollen, -: el polen steigen: subir -r Staub, -e: el polvo verwenden: usar -e Vermutung, -en: la suposición

11 Physik Wärmelehre, Blatt 9 Wärme und innere Energie 1. Wie können wir die Temperatur von Wasser erhöhen? Beschreibe die drei Möglichkeiten. 1. Möglichkeit: 2. Möglichkeit: 3. Möglichkeit: Wir können Wir können Wir können Willst du die Temperatur eines Körpers erhöhen, musst du dem Körper Energie zuführen. Zum Beispiel kannst du einen heißen Eisenkörper in das kalte Wasser geben. Das Eisen gibt dann Energie an das kalte Wasser ab - so lange, bis beide Körper die gleiche Temperatur haben. Dann haben auch die kleinsten Teilchen in beiden Stoffen die gleiche Energie. Wir sagen: Sie haben die gleiche Bewegungsenergie. Die Bewegungsenergie aller Teilchen heißt innere Energie. Wenn sich ein heißer Körper und ein kalter Körper berühren (oder vermischen), dann wird Energie übertragen. Die Energie, die übertragen wird, nennen wir Wärme. 2. Bilde zwei sinnvolle Sätze aus dem Satzpuzzle.

12 Physik Wärmelehre, Blatt 10 Wärme und Temperatur (Teil 1) Bei diesen Versuchen erhitzen wir Wasser mithilfe des elektrischen Stroms. Die Wärme Q, die abgegeben wird, geben wir in der Einheit Joule an (J). Die Temperatur T geben wir in der Einheit Kelvin (K) an. 1. Versuch Wir erwärmen das Wasser für 30 Sekunden. Wir messen die Temperatur vor dem Erhitzen und nach dem Erhitzen. Dann erhitzen wir für 60 Sekunden und messen wieder. 30 Sekunden: Anfangstemperatur: Endtemperatur: T 0 = K T 1 = K Temperaturerhöhung: T = T 1 T 0 = K 60 Sekunden: Anfangstemperatur: T 0 = K Endtemperatur: T 2 = K Temperaturerhöhung: T = T 2 T 0 = K In jeder Sekunde wird eine Wärme von J erzeugt. In 30 Sekunden werden also Q 1 = J erzeugt und in 60 Sekunden werden also Q 2 = J erzeugt. Der Zusammenhang zwischen der Wärme und der Temperaturerhöhung (die Masse des Wassers ist konstant): 2. Versuch Wir erwärmen 0,1 kg Wasser für 20 Sekunden. Wir messen die Temperatur vor dem Erhitzen und nach dem Erhitzen. Dann erhitzen wir 0,2 kg Wasser für 40 Sekunden und messen wieder. 0,1 kg Wasser in 20 Sekunden: Anfangstemperatur: Endtemperatur: T 0 = K T 3 = K Temperaturerhöhung: T = T 3 T 0 = K 0,2 kg Wasser in 40 Sekunden: Anfangstemperatur: T 0 = K Endtemperatur: T 4 = K Temperaturerhöhung: T = T 4 T 0 = K In jeder Sekunde wird eine Wärme von J erzeugt. In 20 Sekunden werden also Q 3 = J erzeugt und in 40 Sekunden werden also Q 4 = J erzeugt. Der Zusammenhang zwischen der Wärme und der Masse (die Temperaturerhöhung ist konstant):

13 Physik Wärmelehre, Blatt 11 Wärme und Temperatur (Teil 2) 3. Versuch Wir erwärmen 0,2 kg Wasser für 60 Sekunden. Wir messen die Temperatur vor dem Erhitzen und nach dem Erhitzen. Dann erhitzen wir 0,1 kg Wasser und 0,1 kg Sand für 60 Sekunden und messen wieder. 0,2 kg Wasser in 60 Sekunden: Anfangstemperatur: Endtemperatur: T 0 = K T 5 = K Temperaturerhöhung: T = T 5 T 0 = K 0,1 kg Wasser und 0,1 kg Sand in 60 Sekunden: Anfangstemperatur: T 0 = K Endtemperatur: T 6 = K Temperaturerhöhung: T = T 6 T 0 = K Der Zusammenhang zwischen der Wärme und dem Stoff: Wenn wir die gleiche Wärme in den Sand und in das Wasser geben, dann steigt die Temperatur bei stärker an als bei. Bei verschiedenen Stoffen müssen wir verschieden viel Wärme zugeben, damit sich diese Stoffe erwärmen. Wir brauchen auch unterschiedlich viel Wärme, wenn wir verschiedene Massen der Stoffe erwärmen. Wenn wir die Stoffe um verschiedene Temperaturdifferenzen erwärmen wollen, dann brauchen wir auch unterschiedlich Wärme. Wenn wir die Stoffe vergleichen wollen, dann müssen wir die spezifische Wärmekapazität wissen. Wir beziehen uns auf 1 kg eines Stoffes und auf eine Temperaturerhöhung um 1 K. Erstelle den Merksatz: Durch die drei Versuche hast du festgestellt: Die Wärme, die du brauchst um einen Stoff zu erwärmen, hängt ab von: - der spezifischen Wärmekapazität c - der Masse m - und der Temperaturerhöhung T Du kannst die Wärme so berechnen: Wärme spez. Wärmekapazität Masse Temperaturdifferenz Q c m T Stoff spezifische Wärmekapazität c in kj kg K Eis 2,09 Sand 0,9 Beton 0,88 Glas 0,75 Eisen 0,45 Blei 0,13 Wasser 4,2 Alkohol 2,4 Benzin ca. 2,0 Wasserstoff 14,3 Luft 1,005 Kohlenstoffdioxid 0,85

14 Physik Wärmelehre, Blatt 12 Schmelzen und Sieden Wenn du Eis erwärmst, dann schmilzt es. Es wird zu Wasser. Wenn du das Wasser weiter erhitzt, dann verdampft es. Es wird zu Wassergas. Das Diagramm zeigt dir den Verlauf der Temperatur. Schneide das Diagramm aus und klebe es in dein Heft. Schneide dann die Sprechblasen aus und klebe sie an die richtige Stelle. Die Temperatur bleibt konstant. Durch die zugeführte Energie verdampft das Wasser. Wir nennen diese Energie Verdampfungswärme. Das Wasser ist fest. Das Wasser ist flüssig. Das Wasser ist gasförmig. Durch die zugeführte Energie steigt die Temperatur des Wassers. Durch die zugeführte Energie steigt die Temperatur des Eises. Durch die zugeführte Energie schmilzt das Eis. Wir nennen diese Energie Schmelzwärme. Durch die zugeführte Energie steigt die Temperatur des Wassergases. Die Temperatur bleibt konstant.

15 Physik Wärmelehre, Blatt 13 Kondensieren und Erstarren Wenn du Wassergas abkühlst, dann kondensiert es. Es wird zu Wasser. Wenn du das Wasser weiter abkühlst, dann erstarrt es. Es wird zu Eis. Das Diagramm zeigt dir den Verlauf der Temperatur. Schneide das Diagramm aus und klebe es in dein Heft. Schneide dann die Sprechblasen aus und klebe sie an die richtige Stelle. Energie wird abgegeben. Die Temperatur des Wassers sinkt. Das Wasser ist fest. Das Wasser ist flüssig. Die Temperatur bleibt konstant. Die Temperatur bleibt konstant. Das Wasser ist gasförmig. Energie wird abgegeben. Die Temperatur des Wassergases sinkt. Beim Erstarren wird Energie abgegeben. Wir nennen diese Energie Erstarrungswärme. Energie wird abgegeben. Die Temperatur des Eises sinkt. Beim Kondensieren wird Energie abgegeben. Wir nennen diese Energie Kondensationswärme.

16 Physik Wärmelehre, Blatt 14 Was passiert, wenn eine Flüssigkeit verdunstet? Wenn eine Flüssigkeit verdunstet, dann wird die Flüssigkeit gasförmig. Wir sprechen vom Verdunsten ( s Verdunsten), wenn die Flüssigkeit schon unterhalb des Siedepunktes gasförmig wird. Wasser 1. Aufgabe: Ergänze den Lückentext: Das Wasser besteht aus sehr vielen kleinsten Wassermolekülen. Im Wasser bewegen sich die Moleküle unterschiedlich schnell. An den schnellen Moleküle siehst du im Bild links einen langen Pfeil; an den langsamen Molekülen siehst du im Bild links einen kurzen Pfeil. Es gibt und Moleküle. Im Bild siehst du schnelle Wassermoleküle und langsame Wassermoleküle. Die innere Energie der Flüssigkeit ist die der Bewegungsenergie Teilchen (Atome, Moleküle). (Setze ein: langsame, wenige, aller, Summe, schnelle, viele) Wasser Wenn das Wasser verdunstet, dann verlassen einige Wassermoleküle die Flüssigkeit. Sie bilden dann das Wasser. Nur die Moleküle haben genug Bewegungs-energie, um die Flüssigkeit zu verlassen. In dem Bild sind im flüssigen Wasser noch schnelle Moleküle und langsame Moleküle. Die innere Energie der Flüssigkeit ist, also ist die Temperatur. (Setze ein: viele, geringer, schnellen, wenige, gasförmige, niedriger) Wenn eine Flüssigkeit verdunstet, dann braucht sie Energie. Diese Energie kommt aus der Flüssigkeit selbst. Wir nennen diesen Vorgang Verdunstungskühlung (-e Verdunstungskühlung, -en). 2. Aufgabe: Wenn du dich nach dem Baden nicht abtrocknest, dann frierst du häufig. Erkläre. (Benutze dabei die folgenden Wörter: Wasser, verdunsten, Energie, aus dem Wasser, Temperatur, sinken)

17 Physik Wärmelehre, Blatt 15 Wie funktioniert der Kühlschrank? hell: dunkel: gasförmig flüssig 1: -r Verdampfer 2: -r Kompressor 3: -r Verflüssiger 4: -s Kapillarrohr In einem Kühlschrank gibt es den Verdampfer, in dem ein flüssiges Kühlmittel verdampft. Das Kühlmittel ist ein Gemisch aus Butangas und Propangas. Dazu braucht das Kühlmittel Verdampfungswärme, die aus den Gegen-ständen im Kühlschrank kommt. Die Temperatur im Kühlschrank sinkt. Das nun gasförmige Kühlmittel wird von einer Pumpe (dem Kompressor) aus dem Kühlschrank gepumpt und zusammen gepresst. Der Druck des gasförmigen Kühlmittels erhöht sich. Dann kommt es in den Verflüssiger auf der Rückseite des Kühlschrankes. Im Verflüssiger ist ein hoher Druck, deshalb kondensiert das Kühlmittel (es wird flüssig). Beim Kondensieren gibt das Kühlmittel Kondensationswärme nach außen ab. Du kannst dies spüren, wenn du an die Rückseite des Kühlschranks fasst. Das flüssige Kühlmittel fließt (unter hohem Druck) durch ein enges Rohr (Kapillarrohr) wieder zurück zum Ver-dampfer. Der Druck hinter dem Kapillarrohr ist niedrig. Das Kühlmittel verdampft wieder; der gleiche Vorgang fängt wieder an. Beschreibe die Vorgänge im Kühlschrank. Verdampfer: (Verwende die Wörter: Kühlmittel, verdampfen, Verdampfungswärme) Kompressor: (Verwende die Wörter: Kühlmittel, pumpen)) Verflüssiger: (Verwende die Wörter: Druck, kondensieren, Kühlmittel, Kondensationswärme)) Kapillarrohr: (Verwende die Wörter: enges Rohr, Druck )

18 Physik Wärmelehre, Blatt 16 Wie funktioniert der Viertakt-Ottomotor? Wie ein Verbrennungsmotor funktioniert siehst du in den Bildern 1 4. Dieser Motor benutzt einen gasförmigen Brennstoff (gasförmiges Benzin). Nikolaus Otto stellte 1876 den ersten Motor dieser Art vor - daher dieser Name. Solche Motoren findest du heute in den meisten Autos. Der Motor in den Bilder 1 4 funktioniert in vier Takten. Er heißt Viertakt- Ottomotor. Aufgabe: Ergänze den Lückentext. 1. Takt (Ansaugtakt) 2. Takt (Verdichtungstakt) 3. Takt (Arbeitstakt) 4. Takt (Auspufftakt) Einlassventil: Einlassventil: Einlassventil: Einlassventil: Auslassventil: Auslassventil: Auslassventil: Auslassventil: Der Kolben bewegt sich Der Kolben bewegt sich Die Der Kolben bewegt sich.. zündet das Gemisch. Es wieder. Im Zylinder entsteht ein Er das verbrennt explosionsartig. Durch diese Bewegung. Benzin-Luft-Gemisch zu- Die Abgase er die Das Benzin-Luft-Gemisch sammen. Man sagt dazu stark aus in den auch: Der Kolben aus. Der Kolben wird dem Zylinder des Motors Zylinder ein. das Ben- hinaus. zin-luft-gemisch. getrieben. Aus Wärme wird. Setze ein: nach unten, strömt, zu, Unterdruck, offen Setze ein: komprimiert, zu, aufwärts, drückt, zu Setze ein: dehnen sich, abwärts, Bewegungsenergie, zu, Zündkerze, zu Setze ein: Abgase, aufwärts, drückt, zu, offen Von der Auf- und Abbewegung zur Drehbewegung Die Kolben in den Zylindern des Motors bewegen sich nach oben und nach unten. Die Räder des Autos sollen sich aber drehen. Auf welche Art und Weise hat man dieses Problem gelöst? Bei der Umwandlung der Auf- und Abbewegung in eine Drehbewegung ist die Kurbelwelle (-e Kurbelwelle, -n) wichtig. Sie ist durch die Pleuelstangen mit jedem Kolben des Motors verbunden. Die Kurbelwelle treibt (über das Getriebe) die Räder des Autos an. Die Kurbelwelle dreht sich bei einem Automotor mehrere tausend Male in jeder Minute.

19 Physik Wärmelehre, Blatt 17 Die Teile eines Viertakt - Ottomotors 1. -e Zündkerze, -n 2. s Einlassventil, -e 3. s Benzin Luft Gemisch 4. r Kolben, - 5. e Kurbelwelle, -n 6. e Schwungmasse, -n 7. s Motoröl, -e 8. e Ölwanne, -n 9. e Pleuelstange, -n 10. r Kolbenring, -e 11. r Zylinder, s Auslassventil, -e Der heiße Stuhl Im Bild siehst du zwölf Teile eines Viertakt Ottomotors und ihre Namen. 1. Lerne die Namen mit dem richtigen Artikel und dem Plural. 2. Ein(e) Schüler(in) aus deiner Klasse geht nach vorne und setzt sich auf den heißen Stuhl. 3. Diese(r) Schüler(in) wettet mit der Klasse, wie viele Namen er/sie richtig wiedergeben kann. Dann beginnt das Spiel. 4. Ein(e) Schüler(in) aus der Klasse stellt der Person auf dem heißen Stuhl eine Frage, die mit einem der zwölf Begriffe (mit Artikel und Plural) beantwortet werden muss (Ein Beispiel: Frage: Wie heißt das Teil, das das Benzin Luft Gemisch entzündet? Antwort: Die Zündkerze, die Zündkerzen ). 5. Die Person auf dem heißen Stuhl hat gewonnen, wenn sie alle vorhergesagten Wörter richtig nennen kann.

20 Physik Wärmelehre, Blatt 18 Der Zweitakt Ottomotor Viele kleine Fahrzeuge und Geräte haben Zweitaktmotoren. Vom Viertaktmotor kennst du die Vorgänge, die in einem Zylinder ablaufen: Ansaugen, Verdichten, Arbeiten, Auspuffen. Sie gibt es auch beim Zweitaktmotor - nur laufen hier immer mehrere Vorgänge gleichzeitig ab: 1. Takt 1. Ergänze die Lückentexte. 1. Takt: Die Zündkerze (1) hat das Gemisch gezündet. Dadurch wird der Kolben (2) im Zylinder gedrückt. Vorher ist das durch den Ansaugkanal (5) in das Kurbelgehäuse (4) geströmt. Der Kolben den Ansaugkanal (5) und presst das neue Gemisch etwas zusammen (Vorverdichtung). Dann gibt er sowohl den Abgaskanal (6) als auch den Überströmkanal (3) frei, sodass die Abgase. Zugleich strömt das schon das neue Gemisch durch den Überströmkanal (3) in den Zylinder. Setze ein: nach unten, schließt, entweichen, neue Gemisch 2. Takt 2. Takt: Der Kolben bewegt sich wieder nach oben. Der Überströmkanal und Abgaskanal sind geschlossen, das Gemisch wird. Der Kolben bewegt sich nach oben, dadurch gibt es im Kurbelgehäuse einen. Durch den strömt neues Gemisch ein. Setze ein: Unterdruck, verdichtet, Ansaugkanal 2. Beschrifte die Zeichnung zum 1. Takt (Finde auch den Artikel und Plural). 1: 2: 3: 4: 5: 6: Die Vorteile und die Nachteile eines Zweitakt Ottomotors: Zweitaktmotoren haben keine Ventile und keinen Mechanismus, um die Ventile zu steuern. Deshalb sind sie weniger kompliziert, haltbarer und leichter als Viertakt-Motoren mit der gleichen Leistung. Jeder zweite Takt ist ein Arbeitstakt, sie sind gut geeignet für Einzylindermotoren. Ein Nachteil von Zweitaktmotoren ist, dass sich im Zylinder die Abgase und die Benzingase vermischen. In den Abgasen ist deshalb auch unverbranntes Benzin. Ein weiterer Nachteil ist, dass ein Zweitaktmotor ein Gemisch aus Benzin und Öl braucht. Das Öl muss die Kurbelwelle schmieren. Das Öl verbrennt mit. Man sieht es an dem blauen Rauch am Auspuff.

21 Physik Wärmelehre, Blatt 19 Der Dieselmotor Im Dieselmotor wird der Kraftstoff nicht vergast. Deshalb ist der Dieselmotor im Gegensatz zum Zweitaktmotor und zum Viertaktmotor kein Ottomotor. Lies den Text in deinem Schulbuch zum Dieselmotor und beantworte die drei Aufgaben. 1. Aufgabe: Was geschieht bei den einzelnen Takten des Dieselmotors? Ergänze den Text. 1. Takt: Der Kolben bewegt sich. Es wird nur angesaugt. 2. Takt: Der Kolben bewegt sich. Die wird stark. Dabei entstehen Temperaturen von ungefähr C. 3. Takt: An der Einspritzdüse wird. Der Dieselkraftstoff sich selbst. Der Kolben bewegt sich _. 4. Takt: Der Kolben bewegt sich. Die Abgase werden. 2. Aufgabe: Beschreibe die Unterschiede zwischen dem Viertakt Ottomotor und dem Dieselmotor. 3. Aufgabe: Finde die Vorteile und die Nachteile des Dieselmotors gegenüber dem Viertakt Ottomotor heraus. Vorteile: Nachteile:

22 Physik Wärmelehre, Blatt 20 Elektrische Energie durch Wärme Woher kommt der Name Wärmekraftwerk? In einem Wärmekraftwerk (-s Wärmekraftwerk, -e) wird ein Brennstoff (z. B. Kohle oder Öl) verbrannt. Mithilfe der Wärme erzeugt dieses Kraftwerk die elektrische Energie. Die Dampfturbine In jedem Kraftwerk gibt es eine Dampfturbine (-e Dampfturbine, -n). Wasser verdampft in einem Kessel. Dabei erwärmt sich der Dampf auf über 540 C. In der Turbine strömt er gegen die schräg gestellten Schaufeln eines Rades und drückt diese seitlich weg. Dadurch dreht sich das Rad. Wenn der heiße Dampf gegen die Schaufeln trifft, dann gibt er einen Teil der Energie ab. Weil der Dampf danach noch Energie enthält, gibt es hinter dem ersten Schaufelrad ein zweites Rad mit größeren Schaufeln, und dahinter weitere Räder mit immer größeren Schaufeln (siehe Bild rechts). Die Räder werden deshalb immer größer, weil der abgekühlte Dampf mehr Platz braucht. Schließlich verlässt der Dampf die Turbine mit einer Temperatur von ca. 30 C und geringem Druck. Das Wärmekraftwerk In der Brennkammer (1) wird der Brennstoff verbrannt (z. B. Kohle oder Öl). Dadurch wird Wasser im Dampfkessel (2) erwärmt, das unter hohem Druck zu sieden beginnt und verdampft. Der über 500 C heiße Dampf treibt eine Dampfturbine (3) an. Die Turbine besitzt dann Bewegungsenergie. An die Turbine ist ein Generator (4) angeschlossen. Die Turbine verrichtet Arbeit am Generator: Bewegungsenergie wird in elektrische Energie umwandelt. Der Dampf aus der Turbine kühlt sich im Kondensator (5) ab und wird zu Wasser, das wieder zurück zum Dampfkessel fließt. Es entsteht ein geschlossener Kreislauf. Damit der Wasserdampf kondensiert, wird er von außen gekühlt. Dazu benutzt man Kühltürme (6). Du kannst sie schon von weitem erkennen, sie sind ein typisches Merkmal eines Wärmekraftwerks. Die Schaufeln einer Dampfturbine Arpad Benedek / istockphoto Aufgabe: In einem Wärmekraftwerk wird Energie übertragen. Trage die richtigen Energieformen ein. 1: 2: 3: 4: 5:

23 Physik Wärmelehre, Blatt 21 Nun rate mal 1. Löse das Rätsel. 1 E 2 E 3 E 4 E 5 E 6 E 7 E 8 E 9 E 10 E 11 E 12 E Die Wörter bedeuten: 1) Dieser Körper biegt sich beim Erhitzen 2) verschiedene Stoffe haben eine verschiedene spezifische... 3) Er erfand eine Thermometerskala 4) Ein gasförmiger Stoff wird flüssig 5) ein fester Stoff wird flüssig 6) Sie geht von einem Stoff zum anderen Stoff 7) Ein Messgerät für die Temperatur 8) Das, was wir mit dem Thermometer messen 9) Eine Eigenschaft der kleinsten Teilchen 10) Wasser ist anders als andere Flüssigkeiten 11) Ein Gerät zum Erwärmen 12) eine Flüssigkeit wird unterhalb der Siedetemperatur gasförmig 2. Die Buchstaben in den folgenden Wörtern sind durcheinander geraten. Ordne du die Buchstaben so, dass sich sinnvolle Wörter ergeben. (Beispiel: ( l e n m i a o a ) = A n o m a l i e ) ( t n i p x k f u) ( o o o t t r m o t) _ ( n c ü r l k s k h h a ) _ ( ä m e r w ) _ ( h r e e o e t m r m t ) _ ( c w r m e l z e s ä m h ) ( d n n t e u r g v u s ) _ ( i g ä l m u e n r e t w )

24 Physik Wärmelehre, Blatt 22 Wortliste Wärmelehre deutsch español -r absolute Nullpunkt el cero absoluto -e Anomalie des Wassers la anomalía del agua -e Bewegungsenergie, -n la energía cinética -s Bimetall, -e el bimetal -e Brownsche Bewegung el movimiento Browniano -r Dieselmotor, -en el motor Diesel -e Erstarrungstempertatur, -en la temperatura de congelamiento -e Erstarrungswärme, -n el calor de congelamiento -r Fixpunkt, -e el punto fijo -e innere Energie, -n la energía interna -e Kondensationstemperatur, -en la temperatura de condensación -e Kondensationswärme, -n el calor de condensación -r Kühlschrank, -e el refrigerador -e Schmelztemperatur, -en la temperatura de fusión -e Schmelzwärme, -n el calor de fusión -e Siedetemperatur, -en la temperatura de ebullición -e Skala, -s la escala -e spezifische Wärmekapazität, -en la capacidad de calor especifico -e Temperatur, -en la temperatura -s Thermometer, - el termómetro -e Thermometerflüssigkeit, -en el liquido de termómetro -e Verdampfungswärme, -n el calor de evaporación -e Verdunstungskühlung, -en el enfriamiento por evaporación -r Viertakt Ottomotor, -en el motor de cuatro tiempos -e Wärme el calor -s Wärmekraftwerk, -e la central térmica -e Wärmeleitung, -en el conducción de calor -e Wärmestrahlung, -en la irradiación de calor -e Wärmeströmung, -en (Konvektion) el convección de calor -r Wirkungsgrad, -e el radio de acción -r Zweitakt Ottomotor, -en el motor de dos tiempos