Physik Past Paper PDF 08.08.2024

 08.8.2024 Physik Was ist Energie? Energie ist die Fähigkeit eine Veränderung herbeizuführen Verschiedene Arten: Bewegungsenergie, Wärmeenergie, elektrische Energie,chemische Energie, strahlungsenergie, Lichtenergie, mechanische Energie Wasserenergie : Bewegungsenergie Sonnenenergie : Li...

 08.8.2024 Physik Was ist Energie? Energie ist die Fähigkeit eine Veränderung herbeizuführen Verschiedene Arten: Bewegungsenergie, Wärmeenergie, elektrische Energie,chemische Energie, strahlungsenergie, Lichtenergie, mechanische Energie Wasserenergie : Bewegungsenergie Sonnenenergie : Lichtenergie und Wärmeenergie Energie umwandler : Generatoren, Heizung, Menschliche Körper Strahlungsenergie Elektrische Energie Mikrowelle Wärmeenergie Bewegungsenergie Energieerhaltungssatz bei einer Energieumwandlung geht keine Energie verloren und wird auch nicht erzeugt Die Einheit der Energie Energie hat die Einheit Joule (J) Bei Nährwertangaben (Lebensmittel) findet man die Energieangabe in Kj ( Kilojoule). Isodrink Energie : 79 kj pro 100ml  Energieumwandlung 1. Energieumwandlungen lassen sich in einem Energieflussdiagramm darstellen. Beschreibe das allgemei- ne Energieflussdiagramm. Ergänze passende Begriffe. In einem Energieflussdiagramm können erschiedene Energieumwandlungen dargestellt werden. In einem Kreis in der Mitte befindet sich der =nergiewandler. Die zugeführte Energie und die abgegebenen Energien werden als Pfeile dargestellt. Die Pfeilbreite zeigt an, wie groß die ist. Nach dem -nergie erhatungssatz nergiemenge geht keine Energie verloren. Ein Teil der Energie wandelt sich in unerwünschten und steht damit für die weitere Nutzung nicht zur Verfügung. 2. Zeichne in die Vorlage das Energieflussdiagramm eines Laptops, das elektrische Energie in Lichtenergie und Wärme umwandelt. ichtenergie astor elektrische nergie ärmeenergie 3. Energieflüsse lassen sich messen und berechnen. Um die Kosten, die ein elektrisch betriebenes Gerät im Haushalt verursacht, muss man die Leistung eines Gerätes (anhand der Wattzahl) und den Strom- preis kennen. Ein Haartrockner hat zum Beispiel 2000 Watt. Er wird täglich 10 Minuten auf maximaler Temperatur- und Gebläsestufe genutzt. Der Strompreis beträgt ca. 40 Cent pro kWh (Stand 2022). Berechne die Strom- kosten für diesen Haartrockner für ein Jahr. Tipp: Berechne zunächst die Energiestromstärke, die der Haartrockner in einem Jahr (365 Tage) verbraucht. Berechne dann nach der Formel im Kasten. E= P t Rechnung: E = Energie P = Energiestromstärke 2 W 2 kw T = Zeit : 60 365 · min 365 min 68 , 83h 6 , 83h 2. = 21 , 66 kwh 121 , 66 kwh. 40 cent = 2433 cent 2 =4 , 866 cent Die Stromkosten für den Haartrockner betragen 4, Euro pro Jahr. Hausaufgaben Nutella : 2321 kj / 100g 1 Portion = 2321 : 100 = 23,21 = 23,21 15g : 1 Portion = 348,15 Kj Rapp’s Traubensaft : 277 kj / 100ml 1 Portion = 277 kj 2 = 554 kj Pringles : 664 kj / 30 g 1 Portion = 664 kj Eier : 638 kj/100g Alnatura Rapsöl : 3404 kj / 100ml 1 Portion = 3404 : 100 = 34,04 = 34,04 15g 1 Portion = 510,6 kj 15.8.2024 Physik Elektrische Energie = Leistung · Zeitdauer Angabe in Watt Betrieb des Elektrogerätes in Sekunden Beispiel : Mikrowelle mit Beispiel : 3 Minuten, das sind 180 800Watt (800w) Sekunden Eel = p t = 800w 180s = 144000j = 144kj · · Beispiel 2 : Backofen 3500Watt , Betriebsdauer 15 Minuten Eel = p t = 3500W 900s = 3150000J 3000Watt, 3 min = 3150kj Beispiel 3 : Fernseher : 100w 18000s = 1800000j = 1800kj Preis für elektrische Energie Herd : 2000W = 2 Kw Eel = 2Kw 0,5h = 1 KWh 1800s = 30 min = 0,5h 40 ct / kWh 1 KWh = 40ct Preis für eine Handlung P = 67W T = 10 min El = 6... h. , 67 h 67 I / Preis : 40ct/ KWh 0,011167 KWh , 44668 ct 22.8.2024 Physik m=P tQ - tP - = 87 · - 50 150S - 67 S C = 0,445 · Pro Sekunde steigt die Temperatur um 0,45 C M P. Pr t Ep 2 C 5 0 2 - s 9 , 38 29.8.2024 Physik Es gibt ein linearen Zusammenhang zwischen Temperatur und der Betriebsdauer und des damit zugeführten Energie Berechnung der Wärmeenergie Maße des zu erwärmenden Materials E =C m T. Temperaturdifferenz spezifische Wärmekapazität (für jedes Material unterschiedlich) Physik Wärme Datum: ------- Übungsaufgaben Wärmeenergie Hinweis zur Dokumentation von Lösungswegen Bei der schriftlichen Dokumentation einer Lösung muss der Gedankengang vollständig nachvoll- ziehbar gemacht werden und ist inklusive der notwendigen Rechnungen oder Herleitungen zu no- tieren. Die bei einer Aufgabe verwendeten Formeln, so wie ihre Umformungen sind fundamentaler Bestandteil der Lösung und müssen notiert werden. Eine Berechnung ohne Angabe der korrekten Einheit führt zu Punktabzug. Einleitung: Für die Berechnungen von Energien hast du bereits zwei Formeln kennengelernt: Für die elektrische Energie: Für die Wärmeenergie: 𝐸 =𝑝∙𝑡 𝐸 = 𝑐 ∙ 𝑚 ∙ Δ𝑇 Die spezifische Wärmekapazität 𝑐 von Wasser liegt bei 4,2 ° ∙. Dies ist eine materialspezifische Größe, jeder Stoff hat eine andere spezifische Wärmekapazität. Die spezifische Wärmekapazität von Öl beträgt beispielsweise 𝑐Ö = 2,0 ° ∙. Das heißt, dass die gleiche Menge Öl bei gleicher Energiezu- fuhr wärmer wird als Wasser. Beispielaufgabe: Berechne die spezifische Wärmekapazität eines Stoffes, wenn 7 kg dieses Stoffes, bei einer Energiezufuhr von 4,9 kJ, sich um 5°C erwärmen. Musterlösung: Gesucht ist die spezifische Wärmekapazität 𝑐. Für die Wärmeenergie gilt: 𝐸 = 𝑐 ∙ 𝑚 ∙ Δ𝑇 Umformen führt zu: 𝐸 = 𝑐 ∙ 𝑚 ∙ Δ𝑇 | : 𝑚 | ∶ Δ𝑇 ∙ =𝑐 , Einsetzen ergibt: 𝑐= ∙ = ∙ ° = 0,14 ∙°. Mithilfe einer Tabelle könnte jetzt sogar der entsprechende Stoff herausgesucht werden. In diesem Fall handelt es sich um Quecksilber. Aufgabe 1: Berechne die fehlende Größe in der jeweiligen Spalte. a) b) c) d) Wärmeenergie 𝐸 5359. 2 4 - J 54600 kJ 4188 J I Spez. Wärmekapazität 𝑐 4,2 ° ∙ 4,2 ° ∙ 2 4,2 ° ∙ g Masse 𝑚 29 kg 100 kg 300 kg 1,, 8 Temperaturdifferenz Δ𝑇 44°C 0,35°C 91°C 8°C Aufgabe 2: Berechne die fehlende Größe in der jeweiligen Spalte. a) b) c) d) Wärmeenergie 𝐸 -, 465 s 3,6445 kJ 0,62832 kJ 286 kJ Spez. Wärmekapazität 𝑐 0,35 ° 5 r19 4,2 ° 130 ° ∙ ∙ ∙ 62832 Masse 𝑚 900 g 10 g 0 , 010kg I 4, 2. 6, 8. 22 g 2200 kg Temperaturdifferenz Δ𝑇 23,7°C 72,89°C 6,8°C 12200 Aufgabe 3: 600 g Glyzerin 𝑐 = 2,38 ° ∙ werden mit einem Tauchsieder 80 Sekunden lang erwärmt. Dabei nimmt die Temperatur von 20°C auf 48°C zu. a) Berechne die Wärmeenergie, die das Glyzerin dabei aufnimmt (sonstige Wärmeverluste blei- ben unberücksichtigt). b) Ermittle die elektrische Leistung des Tauchsieders. Aufgabe 4: Wasser wird als Umlaufmittel sowohl bei Warmwasserheizungen als auch in Kühlanlagen bei Moto- ren benutzt. Auch als Füllung für Wärmflaschen verwendet man Wasser. Entscheide in der folgenden Erklärung, welche Aussage in den Klammern korrekt ist. Streiche die falschen Begriffe durch. 1. Wasser besitzt eine im Vergleich zu anderen Flüssigkeiten [hohe/niedrige] spezifische [Viskosi- tät/Wärmekapazität]. Die Wärmekapazitäten von Essig, Öl und Alkohol liegen etwa bei 2 ° ∙. 2. Das bedeutet, dass man bereits mit einer [großen/kleinen] Menge Wasser eine große Menge Wärmeenergie aufnehmen kann und sich die [spezifische Wärmekapazität/Temperatur] des Wassers nur wenig verändert. Dies ist besonders bei Kühlanlagen von Vorteil. 3. Für Heizungsanlagen und Wärmeflachen ist die große spezifische Wärmekapazität von Vorteil, da so [viel/wenig] Energie leicht in den zu wärmenden Raum oder Körper gebracht werden kann. Zudem ist Wasser ein sehr [teures/günstiges] Arbeitsmittel. Aufgabe 5: In ein Becherglas, das mit heißem Wasser gefüllt ist, werden eine Stahlschraube und eine Aluminium- schraube mit gleichen Massen (𝑚 = 10g) gelegt. a) Erwärmen sich beide Schrauben auf die gleiche Endtemperatur? Begründe deine Antwort mit deinen Alltagserfahrungen. b) Nehmen beide Schrauben die gleiche Energiemenge auf? Zur Information: 𝑐 = 0,5 ° ∙ ;𝑐 = 0,895 ° ∙. Begründe deine Antwort. (Du brauchst keine Rechnung aufschreiben. Wenn du nicht weiter- kommst, lese dir noch einmal die Einleitung des Aufgabenblatts durch.) Aufgabe 6: Eine Messingkugel der Masse 𝑚 = 100 g wird in der Flamme eines Bunsenbrenners auf helle Rotglut erhitzt. Dann wird sie an einer Kette in einen Styroporbecher mit 400 g Wasser gehalten. Die Wasser- temperatur steigt dabei von 19,0°C auf 39,0°C. Berechne die Temperatur der glühenden Messingkugel 𝑐 = 0,385 ° ∙. 2. Berechne die Temperaturdifferenz der Messingkugel mit der zuvor berechneten Energie. 1. Berechne die Wärmeenergie des Wassers, welches sich erwärmt. Um diese Aufgabe zu lösen, musst du zwei Schritte durchführen: Hilfe für Aufgabe 6: Glühende Metalle haben in der Regel Temperaturen von mehreren 100°C. 05.9.2024 Physik Aufgabe 3 a 2 , 38. 6, g. 28° 39 , 98 >28°. 8s 2240) 2 , 24 Aufgabe 4 1. hohe Wärmekapazität 2. kleinen Temperatur 3. viel günstiges Aufgabe 5 a) Stahl und Aluminium heizen sich in heißem Wasser nicht gleich auf, weil sie unterschiedlich viel Wärme absorbieren können. b) Die Stahlschraube und die Aluminiumschraube nehmen nicht die gleiche Energiemenge auf, weil sie unterschiedliche spezifische Wärmekapazitäten haben.  12.9.2024 Physik Wirkungsgrad Seite : 321 M1 Aufgabe 1 abww 5 5 w ↳ Gw · W - 6 w 35 , 46 1 , 6w d 5w , 25 25° 20w Aufgabe 2 - Glühlampen: Niedrige Effizienz aufgrund der hohen Wärmeabgabe im Verhältnis zur erzeugten Lichtmenge. - Halogenlampen: Etwas effizienter als Glühlampen, aber immer noch nicht sehr energieeffizient. - Kompaktleuchtstofflampen (CFL): Bessere Effizienz als Glühlampen und Halogenlampen, da sie weniger Energie verbrauchen. - LED-Lampen: Die effizientesten Leuchtmittel, da sie wenig Energie verbrauchen und eine hohe Lichtausbeute haben. Aufgabe 3 Ich würde LEDs bevorzugen. LEDs sind zwar teurer zuerst, aber sie sparen dir langfristig Geld, halten länger, haben besseres Licht und sind umweltfreundlicher als Glühlampen. 19.9.2024 Physik Seite : 323 Aufgabe 1 Aufgabe 2 ? 178., 95., 95 , 1465 44 , 6 , 47 % , 93 ,414 44 , Bewegungsenergie. 6 : 0 0 24.10.2024 Physik Aufgabe E. mit h= 9m lage g = 9,8 m = 400kg z - m h.. g 1. 9 ,. 8 9 3536 Seite 327  Physik Mechanik Datum: -------.. 2 GH Überblick und Aufgaben zur potentiellen und kinetischen Energie Energie Formel Beschreibung 𝐸 =𝑚∙𝑔∙ℎ Ein Körper der Masse 𝑚 hat in der Höhe ℎ Potentielle Energie über dem Boden (oder einem anderen Be- (auch: Lageenergie oder Masse 𝑚 in kg, zugspunkt) die Höhenenergie 𝐸 (poten- Höhenenergie) Höhe ℎ in m, tielle Energie) Ortsfaktor 𝑔 = 9.81 m/s2 1 Bewegt sich ein Körper der Masse 𝑚 mit Kinetische Energie 𝐸 = ∙𝑚∙𝑣 der Geschwindigkeit 𝑣, so hat er die kineti- 2 (auch: Bewegungs- sche Energie 𝐸. Beachte, dass die kine- energie) Masse 𝑚 in kg, tische Energie quadratisch mit der Ge- Geschwindigkeit𝑣 in m/s schwindigkeit zunimmt. Beispielaufgaben: I. Herr Meier (75 kg) geht von Garmisch-Partenkirchen aus (720 m ü. NN) auf die Zugspitze (2965 m ü. NN.). Berechne die Zunahme seiner potentiellen Energie. Musterlösung: 𝐸 =𝑚∙𝑔∙ℎ Dabei ist ℎ in diesem Fall die Höhendifferenz. 𝐸 = 75 kg ∙ 9,81 ∙ (2965m − 720m) 𝐸 = 1.651.758,7 𝐽 ≈ 1652 kJ II. Ein PKW (1,2 t) beschleunigt aus der Ruhe auf eine Endgeschwindigkeit von 72 km pro Stunde. Berechne die kinetische Energie des Fahrzeugs. Musterlösung: 𝐸 = ∙𝑚∙𝑣 Dabei sind 𝑣 = 72 = 20 = 400 𝐸 = ∙ 1200 kg ∙ 400 𝐸 = 240.000 J = 240 kJ Übungsaufgaben: 1. Hans baut aus 5 Holzwürfeln (Kantenlänge 5,0cm, Gewicht 85g pro Würfel) einen Turm. Be- rechne die Lageenergie, die er den vier Würfeln zuführen muss, um den Turm zu bauen. Über- lege dabei, wie hoch er jeden der vier Würfel anheben muss. 2. In einem Flusskraftwerk wird die Bewegungsenergie des mit 3,6 strömenden Wassers in elekt- rische Energie umgewandelt. Berechne die Bewegungsenergie von 1,0 m Wasser, welches durch das Flusskraftwerk fließt. 3. Im Zirkus treten Artisten mit der Schleuderbrettnummer auf. Dabei springen gleichzeitig zwei von ihnen (jeweils 85 kg Gewicht) von einem Podest auf das Schleu- derbrett und katapultieren dadurch einen dritten Artis- ten (75 kg) hoch. Berechne die Höhe ℎ aus der die bei- den Artisten mindestens herabspringen müssen, damit der der dritte Artist die Höhe von ℎ = 2,20m erreicht.  Übungsaufgaben Aufgabe 1 m. - - g M 859 , 85 9 9, 9 8m C 5 c m, 5m. - 185. , 8., 5 1 9 42. , Aufgabe 2 2 =Kin a m. =in - 3 , 6. 2  21.11.2024 Physik potentielle Energie potentielle Energie 2. Umgewandelte Energie pro Sekunde 2m3 asser G, 9 se Gm h. 2. , 8m. 6m m. 9 g 9 sot 2 J --, Bewegungsenergie Berechnung: ss) Annahme : in h - m.. g MSkater h Epot m g.. 8 , 8 m. m 60 Kg. - 9 85kg - 9 , 8 - 4m 1 - 8 , 8j =pot 3335 ,4 5 Berechnung der Geschwindigkeit Kin 2. - m12 3335 452 8519 ,. :: 6kg. 3335 ,4 2 M 848 · - - - in 6.... : 2 -8 , 852 69 8 , 86 2 1 - , 85 8. 2 69 1 - 8 , 85. 619 2 2 , 52 n Energieflussdiagramm elektrische Energie Bewegungsenergie potentielle Energie Wirkungsgrad, elektrische Energie  28.11.2024 Physik 2 4,., - 3 ,49 6 er 9. 2 - , 365 , =pot 7 9 irkungsgrad 40 , 133 33 % 3 - 8 , 6.2, 3. el 6., 25 , 245 irkungsgrad 9 , 07 25 ,024 , 362436 , 24 % Physik Mechanik und Wärme Datum: ------- Aufgaben zum Üben für die Lernkontrolle Aufgabe 1: a) Erkläre mithilfe von Beispielen die Begriffe potentielle, kinetische und elektrische Energie. b) Gib jeweils ein Beispiel an, wo eine der drei Energieformen aus a) in eine andere Energie- form umgewandelt wird. c) Gib das Formelzeichen, die Einheit und die Formel für die Wärmeenergie an. Aufgabe 2: Eine Portion Spinat gibt der Comicfigur Popeye seine Energie. Dabei ha- ben 100g Spinat gerade einmal einen Brennwert von 63 kJ. Berechne je- weils für eine 300g Portion Spinat, die Popeye zu sich nimmt: a) Die Höhe eines Berges, den Popeye erklimmen kann, wenn die chemische Energie des Spinats in potentielle Energie umgewan- delt wird. I b) Die Geschwindigkeit, die Popeye laufen kann, wenn die chemi- sche Energie des Spinats in kinetische Energie umgewandelt wird. Gehe davon aus, dass Popeye ein Gewicht von 80 kg besitzt. Aufgabe 3: Eine Kugel (𝑚 = 2 kg) wird in einer Halfpipe aus der Höhe ℎ = 1,8 𝑚 losgelassen. a) Benenne eine der vorgeschlagenen Positionen 3 bis 5, die sie erreichen kann, wenn Rei- bungsverluste nicht zu berücksichtigen sind. Begründe deine Antwort. b) Entscheide, bei welcher Position die kinetische Energie am größten ist. c) In Position 2 ist die Kugel auf einer Höhe von 1,3 m. Entscheide mithilfe einer Rechnung, ob dort ihre potentielle oder ihre kinetische Energie größer ist. d) Berechne die Geschwindigkeit der Kugel in Position 2. I Aufgabe 4: In einem Glasgefäß (𝑚 = 0,2 kg) werden 1,4 kg Benzol 𝑐 = 1,8 ∙° von 18°C auf 70°C er- wärmt. Um dies zu erreichen wird die Energiemenge 139 kJ zugeführt. Berechne die spezifische Wär- mekapazität des Glasgefäßes.. At C M. 05.12.2024 Physik Aufgabe 1b potentielle Energie: ist die Energie, die ein Objekt hat, weil es sich an einem bestimmten ort befindet. z. B. hat ein Ball, der auf einem Tisch liegt mehr potentielle Energie als ein Ball, der auf dem Boden liegt. Kinetische Energie: ist die Energie, die ein Objekt hat, weil es sich bewegt. Je schneller ein Objekt ist, desto mehr kinetische Energie hat es. elektrische Energie: ist die Energie, die durch elektrischen Strom erzeugt wird. Sie entsteht, wenn Elektronen durch einen Leiter, wie z. B ein Kabel fließen. Diese Bewegung der Elektronen kann genutzt werden, um Geräte zu betreiben, Licht zu erzeugen oder Maschine zu steuern. Situation: Der Ball fällt vom Tisch. Energieumwandlung: Die potentielle Energie des Balls wird in kinetische Energie umgewandelt, wenn er schneller wird, während er fällt. Situation: Der Fahrradfahrer bremst. Energieumwandlung: Die kinetische Energie des Fahrrads wird in Wärmeenergie umgewandelt, weil die Bremsen reiben und Wärme erzeugen. Situation: Die Taschenlampe wird eingeschaltet. Energieumwandlung: Die elektrische Energie aus der Batterie wird in Lichtenergie umgewandelt, sodass die Lampe leuchtet.