Übungsprüfung A zur Physik-Prüfung vom 19. April 2012

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1 Übungsprüfung A zur Physik-Prüfung vom 19. April Temperatur-Umrechnung (6 Punkte) a) Die tiefste natürliche Temperatur, die jemals auf der Erde gemessen wurde, beträgt 89.2 C (Wostok-Station in der Antarktis a m 21. Juli 1983). Geben Sie diese Temperatur in Kelvin an. b) Die Siedetemperatur von Sauerstoff beträgt (bei Normaldruck) 90.2 K, unter dieser Temperatur ist Sauerstoff flüssig. Geben Sie die Siedetemperatur von Sauerstoff in Grad Celsius an. c) Die mittlere Oberflächentemperatur auf dem Planeten Merkur beträgt 440 K. Auf der Venus beträgt die mittlere Oberflächentemperatur 464 C. Welcher dieser beiden Planeten hat eine höhere mittlere Oberflächentemperatur und wie gross ist die Temperaturdifferenz? d) Flüssige Luft hat (in einem offenen Gefäss bei Normaldruck) eine Temperatur von etwa 83 K. Geben Sie diese Temperatur in Grad Celsius an. e) Die mittlere Oberflächentemperatur des früheren Planeten und heutigen Zwergplaneten (134340) Pluto beträgt 229 C. Geben Sie diese Temperatur in Kelvin an. f) Unter allen bekannten Elementen ist Wolfram das Metall mit der zweithöchsten Siedetemperatur: Sie beträgt 5828 K. Das einzige reine Metall, das noch eine höhere Siedetemperatur aufweist als Wolfram, ist Rhenium. Die Siedetemperatur von Rhenium übertrifft diejenige von Wolfram um 41 C. Geben Sie die Siedetemperatur von Rhenium in Grad Celsius an. 2. Kurzfragen (9 Punkte) a) Wie nennt man den Phasenübergang vom gasförmigen zum flüssigen Zustand? Geben Sie ein Beispiel an, wo Sie diesen Phasenübergang im Alltag antreffen können. b) Oft wird im Zusammenhang mit der Klima-Erwärmung auf die Gefahr hingewiesen, dass der Meeresspiegel durch das Abschmelzen des Eises an den Polen der Erde ansteigt. Angenommen die Klima-Erwärmung führt zu keinem nennenswerten Abschmelzen des Eises, ist dann die Gefahr des Anstiegs des Meeresspiegels gebannt? Begründen Sie Ihre Antwort. c) Zwei gleiche Mengen eines kalten und eines heissen Gases werden vermischt. Was passiert mit der Temperatur? Erklären Sie den Vorgang im Detail mit dem Teilchenmodell. Seite 1 / 6

2 d) Welche der folgenden Aussagen ist korrekt? (Es ist genau eine Antwort richtig.) A: Eine bestimmte Menge Wasser hat bei etwa 4 C d as grösste Volumen. B: Eine bestimmte Menge Wasser hat bei etwa 0 C d ie grösste Dichte. C: Eine bestimmte Menge Wasser hat bei etwa 4 C d ie grösste Dichte. D: Eine bestimmte Menge Wasser hat bei etwa 4 C d ie grösste Dichte und das grösste Volumen. E: 5 kg Wassereis haben eine grössere Masse als 5 kg Wasser. F: Wenn man eine bestimmte Menge Wasser mit einer Temperatur von 2 C erwärmt, dann nimmt ihr Volumen linear mit der Temperatur zu. G: Keine der obigen Aussagen ist richtig. e) Welche der folgenden Aussagen ist korrekt? (Es ist genau eine Antwort richtig.) A: Die Teilchen eines reinen Stoffes haben alle eine deutlich andere Masse. B: Einem einzelnen Teilchen eines Stoffes kann man keinen Aggregatszustand zuordnen; ein einzelnes Teilchen eines Stoffes kann also nicht gasförmig, flüssig oder fest sein, sondern nur eine bestimmte Menge eines Stoffes, die aus einer grossen Anzahl von Teilchen besteht. C: Wenn man 1 Liter von einer Flüssigkeit mit 1 Liter einer anderen Flüssigkeit mischt, dann hat eine homogene Mischung der beiden Flüssigkeiten stets ein Volumen von 2 Litern. D: Im Teilchenmodell wird der Raum zwischen den einzelnen Teilchen als luftgefüllt angenommen. E: Keine der obigen Aussagen ist richtig. f) Welcher der gegebenen Teilsätze vervollständigt den Satzanfang korrekt? Kreuzen Sie diesen Teilsatz an (es ist genau eine Antwort richtig). Im Allgemeinen gilt für einen festen Körper: Bei einer Temperaturzunahme... A:...nimmt die Dichte des Körpers ab. B:...nimmt das Gewicht des Körpers ab. C:...nimmt das Volumen des Körpers zu. D:...nimmt das Volumen des Körpers ab. E:...bleibt die Dichte des Körpers konstant. F:...bleibt das Volumen des Körpers konstant. G:...wird die Anzahl der Teilchen im Körper halbiert. g) Welcher der gegebenen Teilsätze vervollständigt den Satzanfang korrekt? Kreuzen Sie diesen Teilsatz an (es ist genau eine Antwort richtig). Wenn man eine bestimmte Masse Wasser (bei normalem Druck) von 0 C auf 4 C erwärmt, dann A: nimmt das Wasservolumen ab. B: vergrössert sich das Wasservolumen. C: bleibt das Wasservolumen konstant. D: beginnt es zu sieden. E: erstarrt es zu Eis. Übungsprüfung A zur Physik-Prüfung vom 19. April 2012 Seite 2 / 6

3 h) Die Lockheed SR-71 Blackbird war ein Spionageflugzeug der USA im Kalten Krieg, das zur Aufnahme von Aufklärungsfotos über fremdem Gebiet eingesetzt wurde. Zu diesem Zweck flog das Flugzeug sehr hoch (über 20 km) und sehr schnell (mehr als dreifache Schallgeschwindigkeit), so dass es nicht von Raketen abgeschossen oder von anderen Flugzeugen abgefangen werden konnte. (So stellte dieses Flugzeug im Jahr 1976 mit einer Geschwindigkeit von knapp 3'530 km/h auch den bis heute ungeschlagenen Geschwindigkeitsrekord für bemannte Flugzeuge auf.) Durch die Reibung mit der Luft erhitzte sich das Flugzeug dabei stark, so dass sich die Aussenhülle auf Temperaturen über 500 C e rhitzen konnte. Sogar die Innenseite der Cockpitabdeckung erreichte noch Temperaturen von über 100 C. Von der SR-71 wird auch berichtet, dass sie am Boden stehend undicht war, so dass sie ständig in grossen Mengen Treibstoff verlor. Wie kommt es, dass ein technisch so hoch entwickeltes Flugzeug nicht mal richtig dicht ist beim Start? i) Silber hat einen Längenausdehnungskoeffizienten von α(ag) = K 1. Wenn die Temperatur eines Aluminiumstabs um 100 K erhöht wird, wie gross ist dann ungefähr seine Längenänderung? A: 19 m B: 1.9 m C: 19 cm D: 1.9 cm E: 1.9 mm F: Keine der obigen Antworten trifft zu. 3. Quecksilber-Thermometer (3 Punkte) Die Quecksilber-Säule eines Thermometers sei 4 cm lang, wenn es sich im Wasser von schmelzendem Eis befindet, und sie sei 24 cm lang in kochendem Wasser. a) Wie lange ist die Quecksilber-Säule bei einer Temperatur von 22 C? b) Welche Temperatur zeigt das Thermometer an, wenn die Quecksilber-Säule 25.4 cm lang ist? Übungsprüfung A zur Physik-Prüfung vom 19. April 2012 Seite 3 / 6

4 4. Vergleich der Skalenteile von zwei Flüssigkeitsthermometern (2 Punkte) Die nebenstehende Abbildung zeigt nebeneinander im gleichen Massstab die Skalen von zwei Flüssigkeitsthermometern. Die linke Skala gehört zu einem Thermometer mit Quecksilber als Thermometerflüssigkeit, bei der rechten wurde Ethanol als Thermometerflüssigkeit verwendet. Davon abgesehen sind beide Thermometer identisch beschaffen, insbesondere besteht die Glaskapillare aus dem gleichen Material. Beide Thermometer wurden am gleichen Ort für die Celsius-Skala kalibriert. C C a) Wie unterscheiden sich die beiden Skalen und warum ist das so? b) Wenn beide Thermometer die gleiche Temperatur aufweisen und das Thermometer mit der linken Skala 50 C anze igt, welche Temperatur zeigt dann das Thermometer mit der rechten Skala an? Quecksilber Ethanol 5. Erhitzte Metallkugel (3 Punkte) Eine Metallkugel wird mit einem Bunsenbrenner erhitzt. Vor dem Erhitzen hat die Kugel noch durch einen Metallring gepasst, nach dem Erhitzen stellt man jedoch fest, dass die Kugel nicht mehr durch das Loch geführt werden kann. Der Ring und die Kugel seien aus demselben Material gefertigt. a) Erklären Sie, wie es zu dieser Beobachtung kommt. b) Was würde man bei diesem Versuch beobachten, wenn man nur den Ring, aber nicht die Kugel erhitzen würde? vor dem Erhitzen nach dem Erhitzen c) Was würde man bei diesem Versuch beobachten, wenn man sowohl den Ring als auch die Kugel auf dieselbe Temperatur erhitzen würde? Übungsprüfung A zur Physik-Prüfung vom 19. April 2012 Seite 4 / 6

5 6. Schraube und Mutter (2 Punkte) Zu einer Schraube gehört als Gegenstück die Schraubenmutter. Zwischen Schraube und Mutter gibt es einen kleinen Abstand (siehe Skizzen). Wenn Schraube und Mutter aus demselben Material hergestellt sind: Welche der folgenden Aussagen trifft zu? (Es ist genau eine Aussage richtig.) A: Bei höherer Temperatur lässt sich eine angezogene Mutter leichter lösen. B: Bei tieferer Temperatur lässt sich eine angezogene Mutter leichter lösen. C: Eine angezogene Mutter kann sowohl durch Erwärmen als auch durch Abkühlen der Schraube leichter gelöst werden. D: Die Temperatur spielt keine Rolle für die Frage, wie leicht sich die Schraube lösen lässt. E: Keine der obigen Aussagen trifft zu. Schraube Mutter 7. Bergsee (2 Punkte) Zeichnen Sie qualitativ ein Diagramm, das veranschaulich, welches Temperaturprofil Sie in einem Bergsee im Sommer und im Winter erwarten (Verlauf der Temperatur mit der Tiefe des Sees). 8. Eiswürfel im Glas (2 Punkte) In einem wassergefüllten Glas wird ein Eiswürfel von einem Gewicht unter Wasser gehalten (siehe Skizze). Wie ändert sich die Füllhöhe h im Glas, wenn der Eiswürfel vollständig schmilzt und die Temperatur des Wassers nach dem Schmelzen 20 C beträgt (das Gewicht bleibt im Glas)? Begründen Sie Ihre Antwort. Füllhöhe h Wasser Gewicht Wassereis Übungsprüfung A zur Physik-Prüfung vom 19. April 2012 Seite 5 / 6

6 9. Brücken (5 Punkte) a) Eine 250 m lange Betonbrücke (α(beton) = K 1 ) erfährt vom Winter bis in den Sommer eine Temperaturänderung von +50 K. Welche Längenänderung erfährt die Brücke dabei? b) Einem Reiseführer entnehmen Sie die Information, dass sich die Eisenträger der Fahrbahnplatte der Golden Gate Bridge in San Francisco um 53 cm ausdehnen, wenn die Temperatur von 2 C auf 32 C steigt. Best immen Sie aus diesen Angaben die ungefähre Länge der Brücke. (α(fe) = K 1 ) Übungsprüfung A zur Physik-Prüfung vom 19. April 2012 Seite 6 / 6