Temperatur und Wärme - Lernmaterialien PDF

**Temperatur und Wärme** Diese 2 wichtigen physikalischen Größen ***Temperatur*** und ***Wärme*** kennen wir bereits aus dem vorangegangenen Physikunterricht und natürlich auch aus dem Alltag.\ \ Die ***Temperatur*** haben wir als wichtige physikalische Grundgröße kennengelernt. Sie wird mit einem...

**Temperatur und Wärme** Diese 2 wichtigen physikalischen Größen ***Temperatur*** und ***Wärme*** kennen wir bereits aus dem vorangegangenen Physikunterricht und natürlich auch aus dem Alltag.\ \ Die ***Temperatur*** haben wir als wichtige physikalische Grundgröße kennengelernt. Sie wird mit einem großen **T** symbolisiert und wir kennen verschiedene *Einheiten für die Temperatur* -- zum einen die im Alltag gebräuchliche Einheit *Grad Celsius* (Kurzschreibweise: *°C* ) bzw. die im englischsprachigen Raum verwendete Einheit *Grad Fahrenheit (°F)*. Die für die Physiker gebräuchlichste Einheit ist aber eine andere *Kelvin (K)* benannt nach dem großen englischen William Thomson, besser bekannt unter dem Namen Lord Kelvin. **Wärme** is, *eine Form von Energie*. Die Einheit der Wärme ist daher *Joule* (*J*). Eine ebenfalls geläufige, aber ältere Einheit für die Wärme, ist auch *Kalorie* (*cal*). Wie wir bereits aus dem laufenden Schuljahr wissen, ist Energie eine gespeicherte Form von Arbeit. So ist beispielweise in einem gedehnten Gummiring mechanische ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- -- Energie (Verformungsenergie) gespeichert -- lässt man den Gummiring los, wird diese Verformungsenergie in Bewegungsenergie umgewandelt. ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- -- Frage 1: Welche weiteren Formen von Energie kennt ihr bereits? *Aber was bedeuten die physikalischen Größen Temperatur und Wärme tatsächlich?* Um diese Frage zu beantworten, müssen wir wissen, woraus die Materie, also alles um uns herum, besteht. *[Wie ist die Materie um uns herum aufgebaut?]* Alles um uns herum ist aus Materie aufgebaut, die aus den verschiedensten Stoffen besteht. Alle Stoffe sind aus kleinsten Teilchen -- den Atomen aufgebaut. Das Gas Helium beispielsweise (das kennt ihr sicher von den Luftballons, die von selbst aufsteigen), besteht aus dem Atom Helium (Kurzschreibweise: He). Bei vielen anderen Stoffen, die wir kennen, schließen sich mehrere Atome zu Molekülen zusammen -- so bilden z.B. 2 Wasserstoffatome ein Wasserstoffmolekül (Kurzschreibweise: H~2~), und 2 Wasserstoffatome (2H) und ein Sauerstoffatom (O) bilden ein dreiatomiges Wassermoleküle (Kurzschreibweise: H~2~O). Moleküle setzen sich also aus mehreren Atomen zusammen, die miteinander verbunden sind. +-----------------------------------+-----------------------------------+ | Materie kann in ***3 |  | | verschiedenen Zustandsformen*** | | | vorkommen: **fest - flüssig -- | | | gasförmig**;\ | | | das sind die Aggregatzustände | | | | | | Alle Teilchen Atome, Moleküle | | | sind in ständiger Bewegung (mit | | | der Ausnahme beim absoluten | | | Temperatur-Nullpunkt das sind | | | -273,15 °C -- da hätten sie keine | | | Teilchenbewegung. Beim Festkörper | | | sind das Zitterbewegungen bei | | | Flüssigkeiten und Gasen können | | | sich die Teilchen und Moleküle | | | durch Teilchenbewegung auch | | | durchmischen | | +-----------------------------------+-----------------------------------+ A. **Temperatur und Temperaturmessmethoden** Was gibt die Temperatur an? Die Temperatur ist eine physikalische Messgröße. Sie gibt an, wie „kalt oder warm" ein Körper tatsächlich ist. Aber was bedeutet das genau? Ob etwas als kalt oder warm empfunden wird hängt vom persönlichen Empfinden an. Während eine Badewanne, die mit Wasser von 28 °C gefüllt ist, für den einen als warm empfunden wird -- ist sie für den anderen das Wasser kalt. Um daher genaue Aussagen zu machen -- muss die Temperatur mit einem Thermometer bestimmt werden. ***Was wird mit der Temperatur bestimmt?*** Wenn die Temperatur eines Körpers gemessen wird -- bestimmen wir eigentlich den Durchschnitt der Bewegungsenergie aller Teilchen dieses Körpers. Merksatz: Die Temperatur T ist proportional (gleich im Verhältnis) zum Durchschnitt der Bewegungsenergien aller Teilchen eines Körpers. (Das heißt, dass die Temperatur eines Körpers direkt mit der durchschnittlichen Bewegungsenergie der Teilchen des Körpers zusammen. Die physikalische Einheit ist der Temperatur ist Kelvin. \[T\] = 1 K. Im Alltag verwenden wir als Einheit meistens Grad Celsius (°C) oder Fahrenheit (°F) In der Physik verwenden wir die *absolute Temperaturskala* (Kelvinskala). Sie geht von dem absoluten Nullpunkt der Temperaturskala aus er liegt bei -273,15 °C = 1 Kelvin. Es ist technisch nicht möglich diesen Temperaturwert zu erreichen. Im Weltall herrschen durchschnittlich ungefähr 3 Kelvin. 0°C = 273,15 Kelvin, Raumtemperatur 20°C = 293,15 Kelvin...... usw.; Verringere oder erhöhe ich die Temperatur eines Körpers um 1°C so entspricht dies ebenso einer Temperaturänderung von 1 K (einem Kelvin)! Erwärmt man einen kühleren Körper, dann beginnen sich die Teilchen heftiger zu bewegen: die Temperatur steigt. (Teilchen bewegen sich stärker -- haben mehr kinetische Energie E~kin~ = Bewegungsenergie) Kühlt man einen warmen Körper ab, dann nimmt die Teilchenbewegung ab: die Temperatur sinkt. (Die Teilchen bewegen sich langsamer und haben weniger Bewegungsenergie E~kin~) Daraus folgt: ⇒ *In einem heißen Körper bewegen sich die Teilchen stärker als in einem kalten Körper!* ***Wie misst man die Temperatur?*** Die Temperatur wird mit Thermometern gemessen. (Dabei werden in dem Thermometern Stoffe verwendet, deren Eigenschaften sich mit der Temperatur verändern.) [Thermometertypen - Übersicht über die Temperaturmessung] +-----------------------+-----------------------+-----------------------+ | 1. | **Flüssigkeitsthermom | | | | eter\ | | | | **In diesem | | | | Thermometer befindet | | | | sich eine | | | | Flüssigkeit, die sich | | | | bei Erwärmung | | | | ausdehnt. Steigt die | | | | Temperatur in der | | | | Umgebung so steigt | | | | auch die Flüssigkeit | | | | in dem Röhrchen | | | | (Säule) an, da sie | | | | mehr Platz benötigt | | | | (Volumen steigt).\ | | | | (siehe Abbildung | | | | daneben); | | | | | | | |  | | | | Zeiger ganz innen | | | | oder ganz außen bei | | | | der Spirale | | +=======================+=======================+=======================+ | 2. | **Bimetall-Thermomete |  | | | r**\ | | | | (siehe Abbildung | | | | darüber und rechts)\ | | | | Zwei Metalle mit | | | | unterschiedlich | | | | starker | | | | Wärmeausdehnung | | | | werden aneinander | | | | genietet. Beide | | | | Metalle dehnen sich | | | | bei Erwärmung | | | | unterschiedlich stark | | | | aus -- dadurch | | | | verkrümmt sich das | | | | Bimetall. Verwendet | | | | man eine | | | | Bimetall-Spirale mit | | | | einem Zeiger am Ende, | | | | erhält man das | | | | Bimetall-Thermometer, | | | | das sich für schnelle | | | | Messungen bis +500°C | | | | eignet. | | +-----------------------+-----------------------+-----------------------+ | 3. | **Elektrisches | Hier wird die | | | Widerstands-Thermomet | Temperatur mit einem | | | er** | elektronischen Sensor | | | | gemessen. Auf einem | | | newgen medicals | Display kann dann die | | | Ohrenthermometer: | Temperatur abgelesen | | | Medizinisches | werden.\ | | | Infrarot \... | (Bei einem | | | | elektrischen | | | | Thermometer steigt | | | | mit der Temperatur | | | | auch der elektrische | | | | Widerstand des | | | | Messfühlers. Durch | | | | Messen des | | | | elektrischen | | | | Widerstandes wird die | | | | Temperatur | | | | abgeschätzt. (oder | | | | häufiger: | | | | Thermoelement als | | | | Temperaturmessfühler | | | | Seebeck-Effekt) | +-----------------------+-----------------------+-----------------------+ | 4. | **Infrarotthermometer | Misst die | | | \ | Wärmestrahlung, die | | | **(siehe Abbildung | ein Körper aussendet. | | | darüber) | Geht sehr rasch. Wird | | | | in der Technik ebenso | | | | verwendet wie auch in | | | | der Medizin zur | | | | Bestimmung der | | | | Körpertemperatur um | | | | Untertemperatur, | | | | erhöhte Temperatur | | | | bzw. Fieber | | | | festzustellen. | +-----------------------+-----------------------+-----------------------+ [Übungsaufgabe 1:]  [Übungsaufgabe 2] Ein Bild, das Text enthält. Automatisch generierte Beschreibung