GRUNDWISSEN 8. KLASSE

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1 Physik: GD 8. KL G als HLTGGÖ GÖ FOL HT nerie kann [ ] 1 - in verschiedenen nerieforen vorlieen von einer neriefor in eine andere ueandelt erden k nerie von eine Körper auf andere übertraen und espeichert erden s nerieerhaltunssatz: Die Gesatenerie eines ystes ändert k sich ohne inriff von außen nicht. 1 1 nerieforen: Höhenenerie pot Beeunsenerie kin pannenerie pann nerieerhaltunssatz der echanik echanische rbeit Goldene eel der echanik Leistun P P irkunsrad η pot Δh (potenzielle nerie) kin 1 v (kinetische nerie) pann 1 D (Δs) D: Federhärte es pot + kin + pann konstant (für ein abeschlossenes echanisches yste) Δ Δ: nerieänderun (nerieänderun durch rbeit) F s s (F s s, F konstant) Die rbeit bezeichnet die eine yste oder Körper echanisch zueführte oder entzoene nerie. Das Produkt aus Kraft (in erichtun) und e bleibt stets leich roß, oder : as an an Kraft spart, uss an an e zuleen (und uekehrt). Δ nutz η, nutz nutzbrinende nerie, zu zueführte nerie FB der T und ÄLH zu s [ D ] 1 [ ] 1 1 [ P] 1 1 s 0 η 1 oder 0% η 100% nabe eist in % Teilchenodell nnere nerie i Teperatur ϑ absolute Teperatur T äre Q Grundleichun der ärelehre Voluenänderun 1. Hauptsatz der ärelehre nerieentertun Zustandsänderun Die aterie besteht aus unvorstellbar kleinen toen und olekülen. Zischen den Teilchen herrschen roße Kräfte, enn sie sich nahe enu koen. ie befinden sich in ständier Beeun. e höher die Teperatur eines Körpers, desto schneller die Beeun. ue aller kinetischen nerien der Teilchen eines Körpers und ue aller potenziellen nerien der Teilchen aufrund der eenseitien Kräfte T/K ϑ / C + 73 (K: Kelvin) s ibt eine tiefste Teperatur, die nicht unterschritten erden kann. ie liet bei 73,15 C 0 K Q Δ i Δ i : Änderun der inneren nerie nter der äre Q versteht an die therisch übertraene nerie. Δ i c.. Δ ϑ, c: spezifische ärekapazität,. : Teperaturänderun in K : asse [ i ] 1 [ϑ ] 1 C [ T ] 1 K [ Δ ϑ ] 1 K [ Q] 1 [c] k 1 K 1 k K K Bsp: c asser 4,19 Körper dehnen sich bei rärun in der eel aus und ziehen sich bei bkühlen zusaen. Die Voluenänderun ist proportional zu Teperaturänderun und zu usansvoluen. Δ i + Q : rbeit, Q: äre enn keine anderen nerieforen oder rten der nerieübertraun auftreten, setzt sich die Änderun der inneren nerie aus är- i ] 1 [ Δ e Q und rbeit zusaen. Die andlun von echanischer oder elektrischer nerie in innere nerie ist irreversibel - also unukehrbar it einer ntertun verbunden: Dieser neriebetra kann nicht ehr vollständi in echanische oder elektrische nerie zurück verandelt erden. Bei rreichen der chelzteperatur (bz. der iedeteperatur) steit die Teperatur trotz ärezufuhr nicht an, solane der toff nicht vollständi escholzen (bz. verdapft) ist. Bei Verdunsten (d.h. unterhalb der iedeteperatur) kühlt sich die zurückbleibende Flüssikeit ab. chelzteperatur rstarrunsteperatur iedeteperatur Kondensationsteperatur chelzäre rstarrunsäre Verdapfunsäre Kondensationsäre

2 LKTCH G GÖ FOL HT leentarladun e lektrische trostärke Das lektron (Proton) ist Träer einer leentarladun. ede in der atur beobachtbare elektrische Ladun ist ein anzzahlies Vielfaches der leentarladun. ΔQ e Q: elektrische Ladun : nzahl der Ladunsträer (lektronen) e 1, C [Q] 1 C 1 s (peresekunde) [ ] 1 (pere) lektrische pannun Die elektrische pannun einer elektrischen Δ pot [ ] 1 V (Volt) neriequelle ibt an, ie viel potentielle nerie Q pro Ladun Q zur Verfüun steht. 1 V 1 C lektrischer iderstand Ohsches Gesetz lektrische Leistun P el lektrische nerie el edes elektrische Bauteil setzt de trofluss einen iderstand enteen. n der eel hänt der iderstand von der Teperatur des Leiters und dait indirekt von der trostärke ab. ~ konstant Bei konstanter Teperatur ist der iderstand eines etallischen Leiters konstant. P el. el P el. Δt.. Δt [] 1Ω 1V 1Ω 1 [ P ] 1 (att) 1 1 V [] 1 1 1s 1 kh 3, nverzeiter trokreis V 1 V 1 (eihenschaltun von iderständen) Verzeiter trokreis (Parallelschaltun von iderständen)

3 usteraufaben 1) nnere nerie it Hilfe von isürfeln der Teperatur 0,00 C sollen 300 pfelsaft von 5 C auf 13 C abekühlt erden. Berechne die erforderliche ene is, enn der pfelsaft die leiche spezifische ärekapazität ie asser besitzt, und 10 is bei chelzen die äre 3,34 k aufnehen. usterlösun: Geeben: aft: 300 ; ϑ 5 C; 1K; c 4, 19 is: ϑ 0,0 C; 13K; chelzenerie : 334 ch K Gesucht: Lösun: auf Von is und ab 334 c 334 chelzasser aufenoene nerie : Vo aft abeebene nerie : c 4, K K ,19 13K K auf ab ( c 39 ) c ) chaltun von iderständen, elektrische Leistun Der essbereich des Deonstrationsapereeters aus der Physiksalun kann auf folende eise von seine epfindlichsten essbereich von auf den essbereich von 30 ereitert erden: eil das epfindliche esserk it de iderstand 50,0 Ω höchstens it der trostärke von,00 belastet erden darf, leitet an den überschüssien tro von 8,0 a esserk vorbei. Dazu benützt an einen eeinet eschalteten iderstand, der in der Fachsprache hunt heißt. a) st der hunt in eihe oder parallel zu esserk zu schalten? Beründe deine ntort. b) elche pannun fällt a esserk des pereeters bei Vollausschla ab? c) Berechne den iderstand des hunts für die essbereichsereiterun von auf 30. d) Berechne den nneniderstand des pereeters it de essbereich 30 unter Berücksichtiun des zueschalteten hunts. e) Für elche elektrische Leistun uss der hunt eeinet sein? as ürde passieren, enn ein iderstand verendet ürde, der für die axiale Leistun von 1 auselet ist? f) chaltet an einen hunt it de iderstand von 4,95 kω zischen inansbuchse und esserk, dann schlät der Zeier des nstruents erst bei nleen einer relativ hohen pannun voll aus. Berechne diese pannun. n dieser Baufor ist das nstruent ein Volteter. elches ist sein essbereich?

4 usterlösun: a) Der hunt ist parallel zu esserk zu schalten, da der tro der tärke 8 u das esserk herueleitet erden uss. b) Geeben: axial erlaubter tro durchdas esserk :, 00 Gesucht: Lösun: 50, 0Ω 50,0Ω,00 100V c) Geeben: esserk durch den hunt vorbei eleiteter tro : 8, 0 pannunsabfall a hunt ebenso roß ie a esserk ( Parallelschaltun ) : 100 V Gesucht: Lösun: 100 V 3, 57 Ω 8, d) Lösun: + + 3,33Ω 50,0 Ω 3,57Ω e) Lösun: P P 0,100V 0,08 P, 8 Die elektrische Leistun i hunt ürde die axial zulässie Leistun von 1,0 übersteien. Der hunt ürde sich überäßi erhitzen und ölichereise durchbrennen. 1 f) Geeben: huntider s tan d : 4950Ω Lösun: Gesatiders tan d der e ihenschaltun aus hunt und esserk : es + es es 5000Ω 5000V 0,000 10,0V 3) nerieuandlunen in pielzeufrosch ( 0 ) ird it eine aunapf unter pannen einer Feder an einer Tischkante befestit. ach kurzer Zeit sprint er in die Höhe, eil der aunapf nicht ehr hält. eine Flubahn ist etas seitlich, so dass er bei Herabfallen die Tischkante verfehlt und bis zu Boden fällt. Die Feder ( D 5,0 c ) ird vor de tart u 3,0 c einedrückt. a) Beschreibe alleein die auftretenden nerieuandlunen. b) Berechne die pannenerie. c) elche Geschindikeit hat der Frosch zu Beinn des bhebens? d) elche Höhe über de Tisch erreicht der Frosch? e) Die Tischkante ist 0,85 über de Fußboden. it elcher Geschindikeit kot der Frosch a Fußboden an?

5 usterlösun: a) Die anfans vorhandene pannenerie der Feder ird bei ntspannen vollständi in die kinetische nerie des Frosches verandelt. Diese andelt sich in Höhenenerie u, elche a höchsten Punkt axial ist. Die Höhenenerie ird bei Fallen allählich in kinetische nerie ueandelt. b) Geeben: Δs 3,0 c 0,030 ; D 5,0 c 500 ; Gesucht: pann Lösun: pann 1 D (Δs) (0,030) 0,3 c) Geeben: 0 0,00 k; Gesucht: v Lösun: pann kin pann 1 v v pann 0,3 0,00k 4,8 s d) Geeben: pann ; 0 0,00 k; 9,8 k Gesucht: h Lösun: pann pot pann h h pann 0,3 0,00k 9,8 k 1, e) Geeben: h T 0,85 ; h 1, ; 0 0,00 k; 9,8 k Gesucht: v nde Lösun: pot kin h 1 v 9,8, 05 v ( h + h ) T 6,3 s k