N & T 2 Temperatur und Wirkung 01 Name: Vorname: Datum:

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1 N & T 2 Temperatur und Wirkung 01 Name: Vorname: Datum: Schon im letzten Thema haben wir festgestellt, dass nicht alle Stoffe die Wärme gleich gut leiten. So leitet ein Stab aus Metall die Wärme gut, ein Stab aus Holz oder Kunststoff nur schlecht. Die Tabellen geben Auskunft über die Leitfähigkeit einiger Stoffe: Stoff Wärmeleitfähigkeit Silber 430 Kupfer 400 Aluminium 235 Messing 120 Eisen 80 Blei 35 Beton 2,1 Glas 0,8 Wasser 0,56 Holz 0,14 Baumwolle 0,04 Schafwolle 0,035 Luft 0,026 Vakuum 0 Aufgabe 1: a) Bei neuen Häusern hat man bei allen Fenstern Doppel- oder sogar Dreifachverglasung. Warum? b) Warum haben Häuser aussen an den Betonwänden noch etwas, das ähnliche Wärmeleiteigenschaften wie Wolle hat? Aufgabe 2: a) Warum bestehen Kühler bei Computerchips (Prozessoren und Grafikkarten) meistens aus Kupfer? b) Warum ist bei Pfannen oft der Boden und der Rand aus Eisen oder Aluminium, der Stiel jedoch aus einem Kunststoff? Stoff elektrische Leitfähigkeit Silber 61,4 Kupfer 59,1 Aluminium 36,6 Messing 15,5 Eisen 10 Blei 4,8 Beton 0,002 Wasser 0,00005 Holz 0, Luft 0, Glas fast 0 Baumwolle fast 0 Schafwolle fast 0 Vakuum 0

2 N & T 2 Temperatur und Wirkung 01 Stoffe, die Wärme oder Elektrizität nicht oder nur schlecht leiten, nennt man Isolatoren. Eine Schicht aus schlecht leitenden Stoffen, z. B. bei Häusern, nennt man Isolation. Aufgabe 3: Die Lehrperson hat vor sich vier Reagenzgläser: - ein Reagenzglas umwickelt mit Schaumstoff - ein Reagenzglas umwickelt mit Metallfolie (z. B. Aluminium) - ein Reagenzglas umwickelt mit Wolle oder Baumwolle - ein Reagenzglas, das nicht umwickelt ist Die Lehrperson füllt ein Reagenzglas nach dem anderen mit kochendem Wasser und misst die Temperatur in regelmässigen Abständen. Trage die Werte in die Tabelle ein und übertrage sie anschliessend in den Graphen mit verschiedenen Farben: Schaum stoff Zeitpunkt 0 min Baumwolle Alufolie nichts C 80 1 min 76 2 min 3 min min 5 min min 7 min min 9 min min 10 min Unterschied: Aufgabe 4: Fasse die Erkenntnisse aus dem Versuch aus Aufgabe 3 zusammen:

3 N & T 2 Temperatur und Wirkung 02 Name: Vorname: Datum: Aufgabe 1: Skizziere den Versuchsaufbau und beschreibe den Ablauf des Versuchs: (Die Stoffe sind: Eisen, Kupfer, Messing, Aluminium) Aufgabe 2: Unten abgebildet ist der Versuchsaufbau. Über die Spannungsquelle wird versucht, durch das Testmaterial Strom zu leiten. Das Messgerät zeigt an, ob ein solcher Fluss stattfindet oder nicht. Beobachte es deshalb genau Spannungsquelle Strommessgerät Testmaterial Trage deine Beobachtungen in die Tabelle ein: Aluminium Granit Eisen Kupfer Holz Kunststoff Messing Aufgabe 3: Der gleiche Versuch wird auch noch mit anderen, flüssigen Stoffen durchgeführt: Hahnenwasser Zuckerwasser Salzwasser Destilliertes Wasser Zitronensaft Geschirr- Spülmittel Speiseöl

4 N & T 2 Temperatur und Wirkung 02 Aufgabe 4: Die Lehrperson lässt Strom durch Drähte aus verschiedenen Materialien fliessen. Was stellst du dabei fest? Aufgabe 5: Stromleitungen sind aufgebaut wie diejenige, die hier abgebildet ist: a) Benenne die drei Teile: (Gummi-Isolierung, Kupferdraht, Plastik-Aussenmantel) b) Warum sind Kabel so aufgebaut? c) Warum ist das Innere nicht aus Silber? Es leitet besser als Kupfer? (vgl. Tabelle auf AB 2-01) Aufgabe 6: Wir haben bis jetzt alle möglichen Stoffe betrachtet. Wie ist es mit dem Menschen selbst? Leitet der menschliche Körper den Strom? Wie könnte man das feststellen?

5 N & T 2 Temperatur und Wirkung 03 Name: Vorname: Datum: Umgang mit dem Gasbrenner: Der Gasbrenner (auch Teclubrenner genannt) ist kein Spielzeug, sondern ein Hilfsmittel für chemische Versuche. Aufgabe 1: Beschrifte die Teile des Gasbrenners: Aussenkegel der Flamme / Innenkegel der Flamme / Gas-Luft-Gemisch / Gasdüse / Einstellschraube zur Luftregulierung / Gasregulierschraube / Gas / Luft / heisseste Zone Einstellung Luft Einstellung Gas Hitze der Flamme Wofür gebraucht? geschlossen fast geschlossen gering (ca. 500 C) leicht erwärmen Gas sparen in Pausen geschlossen offen gering (ca. 300 C) zum Anzünden ansonsten unbrauchbar halb offen offen mittel (ca C) erwärmen Normalfall offen offen hoch (ca C) stark erwärmen Wenn man den Brenner entzünden möchte, kommen vier Schritte. 1. Öffnen des Gashahns (gelber Hahn) am Labortisch. Der Knopf soll parallel zur Gasleitung stehen 2. Schliessen der Luftregulierung (Wenn nicht schon gemacht) 3. Öffnen der Gasregulierschraube (ein leichtes Zischen ist zu hören) und sofortiges Entzünden des Gases mit Feuerzeug oder Streichholz. Das Feuerzeug / Streichholz muss von unten an die Öffnung geführt werden. 4. teilweises Öffnen der Luftregulierung Beim Löschen der Flamme wird zuerst beim Labortisch der Hahn zugedreht, dann beim Brenner selbst und zuletzt wird noch die Luftregulierung geschlossen. Die Lehrperson kann über den Haupthahn jederzeit die Gaszufuhr schliessen / öffnen.

6 N & T 2 Temperatur und Wirkung 03 Aufgabe 2: Lösungsmittel gelöster Stoff Beschreibung: Wasser (25 ml) Kochsalz (5 g) Alkohol (5 ml) Speiseöl (5 ml) Alkohol (25 ml) Kochsalz (5 g) Wasser (5 ml) Speiseöl (5 ml) Speiseöl (25 ml) Kochsalz (5 g) Wasser (5 ml) Alkohol (5 ml) Lösungen bestehen aus einem Lösungsmittel und einem gelösten Stoff. Aufgabe 3: a) Erhitze 25 ml Wasser auf 70 C. Gib dann 80 g Zucker bei während du es auf 70 C hältst und rühre gut um. Was stellst du fest? b) Lasse die Mischung abkühlen. Was geschieht? c) Was kann man sagen über die Löslichkeit von Zucker in Wasser?

7 N & T 2 Temperatur und Wirkung 04 Name: Vorname: Datum: Aufgabe 1: Ergänze die Grafik mit den richtigen Begriffen: Die Zustände fest, flüssig und gasförmig nennt man Aggregatszustände Stoff Schmelzpunkt in C Siedepunkt in C Wolfram Eisen Kupfer Blei Schwefel Quecksilber Wasser Alkohol Sauerstoff Dabei gilt: Feste Stoffe haben eine unveränderliche Form und ein unveränderliches Volumen. Flüssige Stoffe haben eine veränderliche Form und ein unveränderliches Volumen. Gasförmige Stoffe haben eine veränderliche Form und ein veränderliches Volumen. Aufgabe 2: Gib einen Eisklotz in ein Becherglas und erhitze dieses anschliessend. Beschreibe, mit Hilfe der Vorgabe, was geschieht: Zustand: Zustand: Zustand: Vorgang: Vorgang:

8 N & T 2 Temperatur und Wirkung 04 Aufgabe 3: In einem Becherglas wird a) Wasser (100 ml) b) Salzwasser (100 ml mit 20 g Salz) c) Brennsprit-Wasser (95 ml mit 5 ml Brennsprit) mit einigen Siedesteinchen über dem Gasbrenner gleichmässig erhitzt. Trage die Temperaturen in die Tabelle ein: a) b) c) d) Was stellt ihr fest? Aufgabe 4: In einem Dampfkochtopf wird Wasser erhitzt. Schau dabei auf die Temperatur im Innern des Dampfkochtopfs, die gemessen wird. Beschreibe deine Beobachtungen: Aufgabe 5: In einem Glaskolben wird Wasser auf ca. 70 C erhitzt. Dabei wird die Luft abgesaugt. Beschreibe deine Beobachtungen: Aufgabe 6: Gibt es ein Gesetz, das zu den Ergebnissen aus Aufgabe 4 und 5 passt?

9 N & T 2 Temperatur und Wirkung 05 Name: Vorname: Datum: Aufgabe 1: Die Lehrperson gibt dir Spritzer von verschiedenen Flüssigkeiten auf den Handrücken. Was stellst du fest? Nutzt dein Körper diesen Effekt auch aus? Aufgabe 2: Wenn ein fester Stoff erhitzt wird, dann erhöht sich seine Temperatur ständig. Sobald dieser Stoff aber zu schmelzen beginnt. Lässt sich die Temperatur nicht weiter erhöhen. Der Vorgang des Schmelzens braucht zusätzliche Energie, die einen weiteren Temperaturanstieg verhindert (=> Eis selbst wird nicht wärmer als 0 C). Wenn der ganze Stoff geschmolzen ist, steigt die Temperatur wieder gleichmässig an und steigt erst wieder nicht mehr weiter, wenn der Stoff zu sieden beginnt. Auch der Vorgang des Verdampfens braucht zusätzliche Energie (=> kochendes Wasser wird nicht wärmer als 100 C unter Normalbedingungen). Ist der ganze Stoff dann gasförmig, steigt die Temperatur wieder weiter an. Die Grafik zeigt dieses Gesetz. Ergänze mit den richtigen Begriffen: Temperatur zugeführte Wärme Die Übergänge (fest-flüssig und flüssig-gasförmig) benötigen Wärme, ohne dass sich die Temperatur erhöht. Bei den Übergängen in die andere Richtung (gasförmig-flüssig und flüssig-fest) wird Wärme frei. Aufgabe 3: a) Halte eine trockene Glasplatte in Dampfstrom. Was geschieht? Warum? b) Lasse eine gekühlte Flasche an der Luft stehen. Was geschieht? Warum?

10 N & T 2 Temperatur und Wirkung 05 Aufgabe 4: Luft und ein anderes Gas werden in einem Glaskolben erhitzt. Beschreibe, was geschieht: Aufgabe 5: Verschiedene Flüssigkeiten werden in einem Wasserbad erwärmt (ähnlich wie im Bild). Beschreibe: Aufgabe 6: Die Lehrperson zeigt einen Versuch mit einer Eisenkugel (wie im Bild). Beschreibe: Körper dehnen sich beim Erwärmen aus und ziehen sich beim Abkühlen zusammen. Dieses Gesetz gilt für alle Stoffe, egal ob gasförmig, flüssig oder fest mit einigen wenigen Ausnahmen. Eine dieser Ausnahmen ist das Wasser: Wasser dehnt sich beim Gefrieren aus!

11 N & T 2 Temperatur und Wirkung 06 Name: Vorname: Datum: Aufgabe 1: Beschreibe die Funktionsweise eines Thermometers: (Tipp: Thermometer hat mit Versuch 2-05 / A. 5 zu tun) Temperatur (T): Der Wärmezustand eines Körpers wird mit Temperatur bezeichnet. Die Masseinheit für die Temperatur ist: 1 C (Grad Celsius) In der Technik und den Naturwissenschaften verwendet man häufiger als Einheit: 1 K (Kelvin) 100 C = 373 K 0 C = 273 K -273 C = 0 K Ausdehnung Länge Ausdehnungskoeffizient Temperaturunterschied Ausdehnung Länge Ausdehungskoeffizient Temperaturunterschied Tabelle zur Ausdehnung bei Erwärmung um 1 C oder 1 K bei einer Stofflänge von 1 m: Aufgabe 2: Ein Aluminiumstab von 1 m Länge wird um 50 K erhitzt. Wie viel dehnt er sich aus? Aufgabe 3: Eine Betonbrücke von 120 m Länge wird im Laufe des Tages von 288 K auf 293 K erwärmt. Wie viel länger wird sie dabei? Stoff Ausdehnung in mm pro m Aluminium Zink Silber Messing Kupfer Eisen / Stahl Beton Platin Glas Porzellan 0.003

12 N & T 2 Temperatur und Wirkung 06 Aufgabe 4: Warum stehen Brücken auf solchen Rollenlagern? Aufgabe 6: Nimm einen Bimetallstab (ein Stab, der aus zwei verschiedenen Metallen zusammengesetzt ist) und erhitze ihn über einer Flamme. Beschreibe und skizziere, was geschieht. Was ändert sich, wenn du ihn drehst? Aufgabe 7: Erkläre die Funktionsweise eines Ausdehnungsapparates: Aufgabe 5: Metallräder werden weder geschraubt, noch geklebt noch genagelt, sondern auf die Achsen aufgeschrumpft. Wie funktioniert das?

13 N & T 2 Temperatur und Wirkung 07 Name: Vorname: Datum: Aufgabe 1: Was ist mit den Schienen aus dem Bild nebenbei wohl geschehen? Aufgabe 2: Berechne die jeweiligen Werte. Die Ausdehnungswerte der verschiedenen Materialien findest du auf AB Wert für Beton / Stahl / Eisen ist jeweils 0,012 mm pro m. a) Die Betonbrücke bei Au SG hat eine Länge von 295 m. Mit welcher Ausdehnung muss man rechnen, wenn jährliche Temperaturunterschiede von 46 K auftreten. b) Der eiserne Träger der Eisenbahnbrücke der SOB über die Sitter ist 150 m lang. Welchen Längenunterschied gibt es zwischen Sommer (303 K) und Winter (265 K). c) Der Abstand zwischen zwei Hochspannungsmasten ist sehr unterschiedlich, je nach Gelände, meist jedoch etwa 500 m. Wie viel kürzer wird der Kupferdraht, wenn er im Sommer bei 301 K montiert wurde und es im Winter 248 K haben kann? d) Die Golden-Gate-Bridge in San Francisco ist 2700 m lang und ist aus Stahlbeton. Im Sommer haben sie bis 35 C, im Winter etwa 5 C. Um die Ausdehnung abzufangen, hat sie solche Spalten, die jeweils 5 cm grösser und kleiner werden können. Wie viele davon braucht die Brücke? e) Der Eiffelturm (eine Stahlkonstruktion) ist bei 288 K 300 m hoch. Wie hoch ist er, wenn es im Winter 268 K hat? Wie hoch ist er, wenn es im Sommer 305 K hat? f) Eine Betonbrücke dehnt sich zwischen Morgen (5 C) Mittag (15 C) um 60 mm aus. Wie lange ist die Brücke?

14 N & T 2 Temperatur und Wirkung 07 Aufgabe 3: a) Ein Bimetall aus Kupfer (oben) und Zink (unten) wird erhitzt. In welche Richtung wird es gebogen? b) Was geschieht mit dem Bimetall aus 3a), wenn man es in den Gefrierschrank legt? c) Warum eignet sich Beton mit Eisenarmierungen so gut für den Bau von Häusern? d) Ein Bimetall aus Aluminium und Eisen verbiegt sich bei Erwärmung nach unten. Wo ist das Aluminium? e) Bei einem Bimetall dehnt sich der eine Stoff doppelt so schnell aus als der andere. Um welche beiden Metalle wird es sich wohl handeln? Aufgabe 4: a) Verkleinere den Schlitz einer Rasierklinge mit einer Büroklammer, so dass ein 20- Rp.-Stück gerade noch durch geht. Erwärme anschliessend das Geldstück und versuche wiederum, das Geldstück durch den Schlitz zu bringen. b) Erwärme ein beschichtetes Papier vorsichtig über einer kleinen Flamme (Zündholz). c) Beschreibe die Funktionsweise eines Bimetallthermometers: d) Mische Wasser mit 20 C mit solchem mit 60 C. Wie hoch ist die Mischtemperatur?