Beispiel: Gegeben ist folgender Hebel mit den Kräften F

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1 Gynasiu Münchberg Grundwissen Physik Jahrgangsstufe 8 (G8) Stand: Juli 007 Seite von 6. Energie Hebel Thea Erklärung und Beispiele Drehoent = Kraft Hebelar, kurz: M = F a (dabei wird nur die Koponente von F betrachtet, die senkrecht auf a steht) Einheit: [M] = N Ein Hebel befindet sich i Gleichgewicht, wenn die Sue der linksdrehenden gleich der Sue der rechtsdrehenden Drehoente ist, kurz: M = M. Beispiel: Gegeben ist folgender Hebel it den Kräften F = 5 N und F = N sowie den Hebelaren a = 0 c, a = 5 c und a = 7 c. Wie groß uss die Kraft F sein, dait sich der Hebel i Gleichgewicht befindet? Gleichgewichtsfall: M = M + M F a = F a + F a F F a a a F links rechts F a - F a 5 N 0 c - N 5c F = = a 7 c F = 5 N Notwendi Vorwissen aus Klasse 7 Kraft Goldene egel der Mechanik Das Produkt aus Kraft F und Weg s, entlang de die konstante Kraft wirkt, bleibt bei jede Kraftwandler konstant. Flaschenzug Arbeit Dieses Produkt heißt verrichtete Arbeit W, kurz: W Einheit: [W] = N = Joule = J = F s. Energie Energieforen Verrichtet an an eine Körper Arbeit, so erhöht sich seine Energie. gekehrt ist Energie die Fähigkeit eines Körpers, Arbeit zu verrichten. Potenzielle Energie (Lageenergie): E pot Kinetische Energie (Bewegungsenergie): = g h E kin = v Ortsfaktor Geschwindigkeit

2 Gynasiu Münchberg Grundwissen Physik Jahrgangsstufe 8 (G8) Stand: Juli 007 Seite von 6 Energieerhaltungssatz Spannenergie: E Sp = D s Energie kann nur ugewandelt, nicht erzeugt oder verbraucht werden. In eine abchlossenen Syste bleibt die Gesatenergie erhalten. Beispiel: Ein Körper fällt aus 5,0 Höhe herunter. Mit welcher Geschwindigkeit trifft er auf de Boden auf? geg.: h = 5,0 v = g h.: v kg E pot = E kin N v = 9,8 5,0 = 98, s = 98, kg kg s g h = v v 9,9 v = g h s Hooke sches Gesetz D= F s Leistung Wirkungsgrad. Aufbau der Materie und Wärelehre Die Leistung P ist der Quotient aus der verrichteten Arbeit W und der dafür benötigten Zeit t, W kurz: P =. t J Einheit: [ P] = = Watt = W s Der Wirkungsgrad eines Energiewandlers ist der Quotient aus genutzter und zugeführter Energie Enutz Pnutz oder Leistung, kurz: η = =. E P zu zu Bilder aus Teilchenodell - Zustandsforen fest flüssig gasförig

3 Gynasiu Münchberg Grundwissen Physik Jahrgangsstufe 8 (G8) Stand: Juli 007 Seite von 6 Brownsche Molekularbewegung Längen- und Voluenausdehnung Die Atoe bzw. Moleküle eines Körpers befinden sich in ständiger ungleichäßiger Bewegung. Diese ist uso stärker, je höher die Teperatur ist. Bei höherer Teperatur benötigen die Teilchen aufgrund ihrer Wärebewegung ehr au, d.h. Körper dehnen sich bei Teperaturerhöhung aus (Ausnahe: Anoalie des Wassers). Teperaturskalen Gasetze Dichte Druck Die Celcius-Teperatur ϑ ist durch den Gefrier- und Siedepunkt des Wassers bei 0 C bzw. 00 C festgelegt. Dieser Abstand wird in 00 gleiche Teile eingeteilt, d.h. ein Teil entspricht einer Teperaturänderung von C. Die kleinstögliche Teperatur ist 7, 5 C. Dies ist der (absolute) Nullpunkt der Kelvin- Teperatur T, also -7,5 C 0 K. Eine Teperaturänderung von C entspricht auch einer Teperaturänderung von K. Boyle-Mariotte: Bei einer abchlossenen Gasenge ist bei konstanter Teperatur T das Produkt aus Druck p und Voluen V konstant, kurz p V = konst. Gay-Lussac: Bei einer abchlossenen Gasenge ist bei konstante Druck p der Quotient aus V Voluen V und Teperatur T konstant, kurz = konst. T p V Allgeeines Gasetz: = konst. T Die Dichte ρ eines Körpers ist der Quotient aus seiner Masse und seine Voluen V, kurz: ρ =. V F Wirkt eine Kraft F senkrecht auf eine Fläche A, so erzeugt diese den Stepeldruck p =. A N Einheit: [ p] = = Pascal = Pa andere Einheit: bar = hpa Druck breitet sich gleichäßig und in alle ichtungen in Flüssigkeiten und Gasen aus. Schweredruck: In einer Tiefe h erzeugt die Gewichtskraft G der Flüssigkeitssäule über einer

4 Gynasiu Münchberg Grundwissen Physik Jahrgangsstufe 8 (G8) Stand: Juli 007 Seite 4 von 6 g ρ V g ρ A h g G Fläche A den Schweredruck p s = = = = = ρ g h. A A A A Innere Energie Zustandsänderungen. Elektrische Größen Influenz Elektrische Ladung als physikalische Größe Als Wäre bezeichnet an die therisch übertragene Energie. Die innere Energie eines Körpers setzt sich aus kinetischer und potenzieller Energie seiner Teilchen zusaen. Verrichtet an an eine Körper echanische Arbeit oder fügt ih von außen Energie zu, so erhöht sich seine innere Energie u diesen Wert. Die Änderung der inneren Energie E ist direkt proportional zur Teperaturänderung ϑ und der Masse. Die Proportionalitätskonstante ist die spezifische Wärekapazität c. Kurz: E i = c ϑ. Beispiel: Phasenübergänge von Wasser Schelzen i Verdapfen fest flüssig gasförig Erstarren Kondensieren E Spezifische Schelzenergie: e = s s, wobei E s die zu Schelzen der Masse benötige Energie ist. E Spezifische Verdapfungsenergie: e = v v, wobei E v die zu Verdapfen der Masse benötige Energie ist. Bei Erstarren bzw. Kondensieren gibt der Körper die gleiche Energieenge, die bei Schelzen bzw. Verdapfen zugeführt wurde, wieder ab. Die Verschiebung von Ladungen in eine Körper durch einen anderen elektrisch geladenen Körper, ohne dass sich die beiden Körper berühren, nennt an Influenz. Fließt durch einen Leiter während der Zeit t die konstante Strostärke I, so bewegt sich dabei die elektrische Ladung Q = I t durch die Querschnittsfläche des Leiters. Einheit: [Q] = As = Coulob = C 9 Die kleinste beobachtbare Ladungsenge heißt Eleentarladung e =,60 0 C. Beispiel: Durch die Glühbirne eines Blinklichts i Auto fließt i einchalteten Zustand Stro der Stärke,75 A. Wie viele Elektronen fließen durch die Birne, wenn das Licht 0,5 s lang aufleuchtet? Elektrische Strostärke und Spannung

5 Gynasiu Münchberg Grundwissen Physik Jahrgangsstufe 8 (G8) Stand: Juli 007 Seite 5 von 6 geg.: I =,75 A t = 0,5 s.: n Q = I t n e = I t I t n = e,75 A 0,5 s 8 As n = 5,4 0-9,60 0 C As n 5,4 0 8 Oh sches Gesetz Spezifischer Widerstand eihenschaltung von Widerständen Gilt für einen Widerstand das Oh sche Gesetz, so sind die angelegte Spannung und die durch ihn fließende Strostärke I direkt proportional zueinander, d.h. = = konst. I Durch Strofluss erhöht sich die Teperatur des Drahtes (Metalls), der Draht dehnt sich aus. Der Widerstand eines heißen ist größer als der eines kalten Drahtes. Der Widerstand eines Leiters ist direkt proportional zu seiner Länge l und indirekt proportional l zu seiner Querschnittsfläche A, kurz: = ρ. Die Proportionalitätskonstante ρ heißt A spezifischer Widerstand. Er ist eine Materialkonstante. Bei einer eihenschaltung von Widerständen ist die Strostärke I in jede Widerstand gleich. Die Sue der an den Widerständen abfallenden Teilspannungen ist gleich der angelegten Gesatspannung. Für den Ersatzwiderstand gilt: = +... I = konst. + Elektrischer Widerstand Beispiel: geg.: = V, = 50Ω, = 50Ω = + = 50Ω+50Ω = 00Ω = I = I V I = = 0,060 A = 60 A 00Ω = = I = 50Ω 0,060 A =,0V I = - = V -,0V = 9,0V

6 Gynasiu Münchberg Grundwissen Physik Jahrgangsstufe 8 (G8) Stand: Juli 007 Seite 6 von 6 Parallelschaltung von Widerständen Bei einer Parallelschaltung von Widerständen ist die Spannung an jede Widerstand gleich. Die Sue der Teilstrostärken in den Widerständen ist gleich der Gesatsstrostärke. Für den Ersatzwiderstand gilt: = = konst. Beispiel: geg.: = V, = 50Ω, = 50Ω + = + = 50Ω 50Ω = = = 7,5Ω + 50Ω+50Ω = = V V = I = = = 0,4 A I 50Ω 0V = I = = = 0,08 A I 50 Ω I = I + I = 0,4 A+0,08 A = 0, A Elektrische Energie Elektrische Leistung Die von eine elektrischen Gerät aufgenoene elektrische Energie E el ist direkt proportional zur angelegten Spannung, zur Strostärke I und zur Zeit t. Es gilt: E el = I t. Die elektrische Strostärke ist so definiert, dass die Proportionalitätskonstante den Wert hat. Einheiten: [ E el ] = VAs = J 6 6 weitere gebräuchliche Einheit: kwh = 000 Wh =,6 0 Ws =,6 0 J Eel I t Pel = = = I t t Einheit: [ P el ] = VA = W