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Übungen: Die innere Energie

System, Umgebung und das Vorzeichen von ΔU — zehn Übungen, bis die Energiebilanz sitzt.

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Übungsaufgaben

Zehn Übungen von AFB I bis AFB III — jede gibt dir sofort Rückmeldung, bei Schwierigkeiten helfen zwei gestufte Tipps.

A1
Was gehört zu U?
AFB I

Geben Sie alle Beiträge an, die zur inneren Energie einer Portion Wasser gehören.

Mehrere Antworten sind richtig. Markiere alle zutreffenden und klicke dann auf „Prüfen“.
Lage und Bewegung des Glases als Ganzes sind äußere Energie; die Tischplatte gehört zur Umgebung.
Ansatz: Nur was in den Teilchen und zwischen ihnen steckt, zählt.
Weiter: Bewegt sich das ganze Glas, ändert sich an den Teilchen selbst nichts.
A2
Stimmt's? — Fünferserie
AFB I

Nennen Sie jeweils, ob die Aussage zur inneren Energie stimmt.

Fünf Aussagen nacheinander. Eine falsche Einschätzung reicht — dann startest du die Serie mit „Neue Runde“ neu.
Aussage 1 von 5

U ist eine Zustandsgröße des Systems — gemessen werden nur Differenzen.
Ansatz: Denke an die Definition über die Teilchen.
Weiter: Achte bei den Systemtypen auf Stoff- und Energieaustausch.
A3
Systemtypen zuordnen
AFB I

Ordnen Sie die Versuchsanordnungen dem passenden Systemtyp zu.

Ziehe jede Karte in den passenden Korb — oder wähle sie mit Enter aus und drücke dann die Ziffer des Korbs (0 legt sie zurück).
1offen
2geschlossen
3isoliert (näherungsweise)
Die Frage ist immer: Geht Stoff über die Systemgrenze? Geht Energie hinüber?
Ansatz: Gasbildung in offenen Gefäßen bedeutet Stoffaustausch.
Weiter: Isoliert ist in der Praxis nur eine gute Näherung.
A4
Blitzrechnung ΔU
AFB I

Ein System hat vor einer Reaktion die innere Energie \(U_1 = 850\,\text{kJ}\), danach \(U_2 = 610\,\text{kJ}\). Berechnen Sie \(\Delta U\) in kJ.

Rechne selbst und trage das Ergebnis ein — Enter prüft direkt.
\(\Delta U = U_2 - U_1 = 610\,\text{kJ} - 850\,\text{kJ} = -240\,\text{kJ}\). Das Minus zeigt: Energie wird an die Umgebung abgegeben.
Ansatz: Ende minus Anfang.
Weiter: Das Ergebnis ist negativ — das Vorzeichen gehört zur Antwort.
A5
Lückentext: System und Umgebung
AFB II

Beschreiben Sie mit den Fachbegriffen, was bei einer exothermen Reaktion im geschlossenen Kolben passiert.

Wort anklicken, dann Lücke anklicken (oder umgekehrt) — mit Tab und Enter geht es genauso. Ein Klick auf eine gefüllte Lücke legt das Wort zurück.

Die Reaktion im Kolben gibt Wärme an die ab. Die Energie wird vom System , deshalb ist ΔU . Die innere Energie steckt in den des Systems. Weil nur Energie, aber kein Stoff die Kolbenwand passiert, ist das System .

„isoliert“ passt nicht: Dann könnte gar keine Wärme abgegeben werden.
Ansatz: Wohin fließt die Wärme bei einer exothermen Reaktion?
Weiter: Kein Stoffaustausch, aber Energieaustausch: welcher Systemtyp?
A6
Energie-Konto zuordnen
AFB II

Ermitteln Sie für jeden Vorgang das Vorzeichen von ΔU des Systems.

Klicke links einen Eintrag an und dann rechts den passenden — es entsteht eine Verbindungslinie. Mit der Tastatur: Enter zum Auswählen, ↑/↓ zum Wandern.
Immer fragen: Fließt Energie ins System hinein (+) oder hinaus (−)?
Ansatz: System zuerst benennen.
Weiter: Beim Schmelzen nimmt das Eis Energie auf.
A7
Rechenkette: zwei Schritte
AFB II

Ein Gas (System) nimmt im ersten Schritt 35 kJ Wärme auf und gibt im zweiten Schritt 50 kJ ab.

Rechne die Kette Schritt für Schritt: Erst wenn ein Schritt stimmt, wird der nächste freigeschaltet. Enter prüft.
  1. \(\Delta U_1\) = kJ
  2. \(\Delta U_2\) = kJ
  3. \(\Delta U_{\text{gesamt}}\) = kJ
Änderungen addieren sich; nur Anfangs- und Endzustand zählen.
Ansatz: Aufnahme positiv, Abgabe negativ.
Weiter: Gesamt = Summe der Teiländerungen.
A8
Fehlersuche im Heft
AFB II

Überprüfen Sie die Notizen und markieren Sie die falschen Zeilen.

In diesem Text stecken Fehler. Klicke genau die falschen Zeilen an — die richtigen musst du stehen lassen.
Der Vorzeichenfehler (Zeile 4) kostet in Klausuren am häufigsten Punkte.
Ansatz: Prüfe Definition, Vorzeichen und Messbarkeit.
Weiter: Drei Zeilen sind falsch.
A9
Systemgrenze ziehen
AFB III

Beurteilen Sie, wie sich die innere Energie des jeweils genannten Systems ändert.

Wähle für jede Zeile eine Stufe: 1 = nimmt stark ab, 2 = nimmt ab, 3 = bleibt gleich, 4 = nimmt zu, 5 = nimmt stark zu. Mit der Tastatur: Tab zur Zeile, ←/→ zwischen den Stufen, Enter setzt.
1 = nimmt stark ab5 = nimmt stark zu
System: Gas in Stahlflasche, die aus 2 m Höhe gehoben wird (T konstant)
System: 1 kg Wasser, das von 20 °C auf 90 °C erhitzt wird
System: Reaktionsgemisch bei einer exothermen Verbrennung
System: Kaffee, der langsam von 60 °C auf 55 °C abkühlt
System: Eiswürfel, der bei 0 °C schmilzt
Lage und Bewegung des Systems ändern U nicht; Temperatur, Phasenwechsel und Reaktionen schon.
Ansatz: Was passiert mit den Teilchen selbst?
Weiter: Schmelzen kostet Energie, obwohl die Temperatur gleich bleibt.
A10
Trickaufgabe: Welche Aussage trägt?
AFB III

Begründen Sie, welche Aussagen über zwei gleich warme Wasserportionen (1 L und 2 L, beide 25 °C) zutreffen.

Mehrere Antworten sind richtig. Markiere alle zutreffenden und klicke dann auf „Prüfen“.
Temperatur beschreibt die mittlere Energie pro Teilchen, U die Summe über alle Teilchen — doppelt so viele Teilchen, doppelt so viel U.
Ansatz: Unterscheide Temperatur und innere Energie.
Weiter: Welche Größe hängt von der Stoffmenge ab?