MPA 1. Sem. Musterprüfung 2: Seite 1. Musterprüfung

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1 MPA 1. Sem. Musterprüfung 2: Seite 1 Musterprüfung Prüfungsdatum: 2. Dez Modul: Energie 1.1. Wie lautet die einfachste Definition der Arbeit und welche Einheit wird für Arbeit verwendet? 1.2. Wird in einem physikalischen Sinn zwangsläufig Arbeit verrichtet, wenn eine Kraft über eine Wegstrecke wirkt? Erkläre! 1.3. Welche Art von Arbeit wird verrichtet, wenn man einen schweren Gegenstand vom Boden aufhebt und welche Form von Energie wurde dem Körper zugeführt? 1.4. Wie nennt man die Arbeit, die verrichtet wird, wenn man einen Körper beschleunigt und welche Form von Energie wurde dem Körper zugeführt? 1.5. Welche herausragende Eigenschaft hat Energie? 1.6. Wie nennt man die Arbeit, die beim Überwinden von Reibungskräften verrichtet wird und welche Form von Energie wird dabei erzeugt? 1.7. Wie ist die Leistung definiert und welche (SI) Einheit wird für Leistung verwendet? 1.8. Welche Formen von Energie sind im Spiel, wenn eine grüne Pflanze Sonnenlicht zur Photosynthese nutzt? 1.9. Wie ist der Wirkungsgrad einer technischen Vorrichtung definiert? Ein Fahrzeug besitzt einen Wirkungsgrad von 34%. Was bedeutet das?

2 MPA 1. Sem. Musterprüfung 2: Seite Was kennzeichnet die Umwandlung von Wärme in mechanische Energie, z.b. in einem thermischen Kraftwerk? Wie nennt man die Energie (Kalorien), die in der Nahrung steckt? Welche Beziehung besteht zwischen den physikalischen Grössen Energie und Arbeit? Welche Beziehung besteht zwischen den physikalischen Grössen Leistung und Arbeit? Wie verändert sich die Leistung, wenn die zur Verrichtung der Arbeit erforderliche Zeit grösser wird? 2. Modul: Wärme und Temperatur 2.1. Wie ist die Energieeinheit a) cal b) kcal definiert? 2.2. Wie nennt man die Materialkonstante, die besagt, wie viel Wärme einem Kilogramm eines Körpers zugeführt werden muss, damit die Temperatur um 1ºC ansteigt? 2.3. Wie nennt man die Wärme, die zum Schmelzen eines Körpers erforderlich ist? 2.4. In welchen Situationen ist es möglich, dass einem Körper Wärme zugeführt oder entzogen wird, ohne dass die Temperatur sich dadurch ändert? 2.5. Auf welchen physikalischen Erscheinungen basiert die Celsius-Temperaturskala?

3 MPA 1. Sem. Musterprüfung 2: Seite Wie funktioniert ein Quecksilberthermometer? 2.7. Wie funktioniert ein Bimetallthermometer? 2.8. Ergänze untenstehende Tabelle. Celsius 0ºC 10ºC Kelvin 70K 298K 300K 2.9. Nenne Beispiele für Wärmetransport wie folgt: a) Wärmeleitung b) Wärmeströmung c) Wärmestrahlung Um welche Art von Wellen handelt es sich bei Wärmestrahlung? Wie nennt man den Vorgang, wenn Wasser bei Temperaturen unterhalb des Siedepunkts gasförmig wird? Warum haben feuchte Körper eine tiefere Temperatur als ihre Umgebung? Wodurch kann der menschliche Körper durch Verdunstungskühlung Wärme an die Umgebung abgeben? Wie heisst das im Zwischenhirn befindliche Temperaturregelzentrum, das für die Wärmeregulation verantwortlich ist?

4 MPA 1. Sem. Musterprüfung 2: Seite Was ist der Sollwert für die Kerntemperatur des menschlichen Körpers? Welche Möglichkeiten hat der Körper bei kalter Umgebung die Körpertemperatur aufrecht zu erhalten? Wie nennt man fiebererzeugende Substanzen? Wie bezeichnet man die Veränderung der Durchblutung wie folgt: a) Gefässverengung zwecks verringerter Durchblutung? b) Gefässerweiterung zwecks erhöhter Durchblutung? 3. Modul: Elektromagnetische Strahlung 3.1. Ordne die verschiedenen Arten elektromagnetischer Wellen nach abnehmender Wellenlänge. Sichtbar, UV, IR, Röntgen, Radiowellen, Gammastrahlung Wie schnell breiten sich elektromagnetische Wellen im Vakuum aus? 3.3. Elektromagnetische Wellen bestehen aus Paketen von Energie. Wie bezeichnet man diese Pakete? 3.4. Wie verändert sich die Frequenz der Strahlung mit zunehmender Wellenlänge? 3.5. Wie verändert sich die Energie der Lichtquanten mit zunehmender Wellenlänge?

5 MPA 1. Sem. Musterprüfung 2: Seite Was meint man mit energiereicher Strahlung? 3.7. Für welchen Bereich der Wellenlänge ist elektromagnetische Strahlung (für den Menschen) sichtbar? 3.8. Wie bezeichnet man die (unsichtbare) Strahlung beim langwelligen Ende des sichtbaren Bereichs? 3.9. Wie bezeichnet man die (unsichtbare) Strahlung beim kurzwelligen Ende des sichtbaren Bereichs? Was ist ionisierende Strahlung? Mit welchem Begriff kennzeichnet man die Tatsache, dass elektromagnetische Strahlung einerseits Eigenschaften aufweist, die typisch sind für Wellen, aber gleichzeitig aus Partikeln besteht Wie bezeichnet man die Technik, mit welcher die Oberflächentemperatur des menschlichen Körpers kartographiert wird? Welche Art Strahlung wird dabei erfasst? Ist die unsichtbare a) IR-Strahlung b) UV-Strahlung

6 MPA 1. Sem. Musterprüfung 2: Seite 6 harmlos für das menschliche Auge? Welche Wirkung hat UV-Strahlung auf die menschliche Haut? Wie bezeichnet man die Zeit, die vergeht, bis durch ionisierende Strahlung verursachte Schäden sich manifestieren? Welche Art Langzeitschäden können durch ionisierende Strahlung herbeigeführt werden? Welche Art von Gewebe reagiert besonders empfindlich auf ionisierende Strahlung? Mithilfe des Farbkreises für additive Farbmischung zu lösen! a) Welche Farbe entsteht beim additiven Mischen gleicher Anteile der Grundfarben? b) Welche Farbe entsteht beim additiven Mischen der Grundfarben Rot und Grün? c) Welche Grundfarben muss ich additiv mischen, um Cyan zu erhalten? Mithilfe des Farbkreises für subtraktive Farbmischung zu lösen! a) Welche Farbe entsteht beim subtraktiven Mischen gleicher Anteile der Grundfarben? b) Welche Farbe entsteht beim subtraktiven Mischen der Grundfarben Gelb und Magenta? c) Welche Grundfarben muss ich subtraktiv mischen, um Grün zu erhalten? Wie wird Wärmestrahlung auch genannt?

7 MPA 1. Sem. Musterprüfung 2: Seite 7 Musterlösungen: 1. Modul: Energie 1.1. Im einfachsten Fall (Kraft in Wegrichtung!) gilt Arbeit = Kraft Weg. Die Einheit für Arbeit heisst Joule [J] Nein, wenn die Kraft senkrecht zur Wegrichtung steht, wird keine Arbeit verrichtet Es wird Hubarbeit verrichtet. Dem Körper wird Lageenergie (od. potentielle Energie) zugeführt Es wird Beschleunigungsarbeit verrichtet. Dem Körper wird Bewegungsenergie (od. kinetische Energie) zugeführt Sie kann von einer Form in eine andere überführt werden. Sie kann jedoch weder spurlos verloren gehen, noch kann sie aus dem Nichts erzeugt werden Reibungsarbeit. Es entsteht Wärme Als Arbeit pro Zeit: P = W/t. Die Einheit heisst Watt [W] Die Sonne sendet Strahlungsenergie zur Erde. Diese Energie nutzt die Pflanze, um, mithilfe von Photosynthese chemische Energie zu erzeugen Als der Quotient Nutzenergie/(zugeführte Energie). Meist wird sie in Prozent angegeben. Es gilt also Wirkungsgrad = [Nutzenergie/(zugeführte Energie)] 100% Der Antrieb des Fahrzeugs (Motor) vermag 34% der im Kraftstoff enthaltenen chemischen Energie in mechanische Energie zu verwandeln Wärme kann nur sehr unvollständig in mechanische Energie verwandelt werden. Typischerweise bleiben rund zwei Drittel der Wärme als Abwärme zurück Chemische Energie Energie ist das Vermögen Arbeit zu verrichten. (Um Arbeit zu verrichten braucht man Energie; z.b. vollgetanktes Auto) Leistung = Arbeit/Zeit; P = W/t Die Leistung wird kleiner. 2. Modul: Wärme und Temperatur 2.1. a) Wärme, die es braucht, um ein Gramm Wasser um 1ºC zu erwärmen. b) Wärme, die es braucht, um ein Kilogramm Wasser um 1ºC zu erwärmen.

8 MPA 1. Sem. Musterprüfung 2: Seite Spezifische Wärmekapazität Schmelzwärme 2.4. Bei einer Änderung des Aggregatszustands 2.5. Auf Eigenschaften von Wasser. Schmelzpunkt bei 0ºC. Siedepunkt bei Normdruck liegt bei 100ºC Das (flüssige) Quecksilber dehnt sich beim Erwärmen stärker aus als der Glasbehälter, in dem es sich befindet. Es wird dadurch in der Kapillare nach oben gedrückt, wenn es sich erwärmt Ein Bimetallthermometer besteht aus zwei verleimten Metallstreifen, die sich beim Erwärmen unterschiedlich ausdehnen. Dadurch findet eine Verformung statt, die auf eine Anzeige übertragen werden kann Celsius Kelvin 0ºC 273K 10ºC 283K -203ºC 70K 25ºC 298K 27ºC 300K 2.9. a) Durchdringen der Wärme einer Kochplatte aus Stahl b) Der Golfstrom. Er transportiert Sonnenenergie vom Golf von Mexiko (daher der Name!) nach Europa. c) Strahlung der Sonne Um elektromagnetische Strahlung Verdunsten Es verdunstet Wasser. Die Verdunstung erfordert Wärme (Verdunstungswärme!). Diese wird dem feuchten Körper entzogen, der dadurch kühler wird als seine Umgebung Durch Schwitzen Hypothalamus ºC Verminderung der Durchblutung (Vasokonstriktion). Hemmung des Schwitzens. Kältezittern (Schüttelfrost). Aktivierung des Stoffwechsels Pyrogene a) Vasokonstriktion b) Vasodilatation

9 MPA 1. Sem. Musterprüfung 2: Seite 9 3. Modul: Elektromagnetische Strahlung 3.1. Radiowellen > IR > Sichtbar > UV > Röntgen > Gammastrahlung 3.2. Mit einer Geschwindigkeit von km / s 3.3. Photonen oder Lichtquanten 3.4. Mit zunehmender Wellenlänge wird die Frequenz kleiner Die Energie der Lichtquanten wird mit zunehmender Wellenlänge kleiner Dies bedeutet, dass die Photonen viel Energie enthalten Für Wellenlängen zwischen nm Infrarot (IR) 3.9. Ultraviolett (UV) Strahlung bei welcher die Energie der Photonen ausreicht, um Moleküle zu ionisieren, d.h. ihnen ein Elektron zu entreissen Man verwendet den Begriff Partikel-Welle-Dualität Als Thermographie. Es wird Infrarotstrahlung (Wärmestrahlung) aufgezeichnet a) Bei starker Bestrahlung mit Infrarot kann die Augenlinse getrübt werden (z.b. Glasbläserstar ). (c) Durch UV-Strahlung kann die Netzhaut einen Sonnenbrand erleiden. Bei starkem Sonnenschein ist ein Augenschutz unerlässlich Die Haut wird gebräunt. Bei übermässiger Bestrahlung wird die Haut gerötet (Sonnenbrand). Ausserdem kann durch UV die Bildung von Hautkrebs ausgelöst werden Als Latenzzeit Bildung von Krebsgeschwüren oder Leukämie (Blutkrebs) Gewebe mit einer hohen Rate von Zellteilungen, vor allem Drüsen und Krebsgeschwüre. Ebenfalls Organe in der Wachstumsphase bei Kleinkindern a) Weiss. (b) Gelb. (c) Grün und Blau (resp. Blauviolett) a) Schwarz. (b) Rot. (c) Gelb und Cyan Infrarotstrahlung (IR)