Kältetechnik in der Schulmensa
AFB IIIn der Schulmensa arbeiten ein Kühlraum und eine Tiefkühltruhe. Material M1 zeigt die Solltemperaturen und die gemessene Außentemperatur an einem heißen Julitag. Beim Beladen bleibt der Deckel der Tiefkühltruhe eine Weile offen; die Temperatur im Inneren steigt dann um 1,5 °C je Minute. Nach dem Schließen sinkt sie wieder um 0,8 °C je Minute.
| Ort | Temperatur |
|---|---|
| Tiefkühltruhe (Soll) | −18 °C |
| Kühlraum (Soll) | 4 °C |
| Außenluft am Messtag | 27 °C |
Das Steigen und Sinken der Temperatur verläuft in guter Näherung gleichmäßig.
- Berechne den Temperaturunterschied zwischen der Tiefkühltruhe und der Außenluft sowie zwischen der Tiefkühltruhe und dem Kühlraum.
- Stelle einen Term für die Temperatur in der Truhe auf, wenn der Deckel \(t\) Minuten offen steht, und berechne die Temperatur nach 6 Minuten.
- Der Deckel war 6 Minuten offen und wird dann geschlossen. Ermittle, nach wie vielen Minuten die Truhe wieder −18 °C erreicht.
Hinweis zu Aufgabe a)
Erwartungshorizont zu Aufgabe a)
Außenluft und Truhe: \(27 - (-18) = 27 + 18 = 45\).
Der Unterschied beträgt 45 °C (also 45 Kelvin).
Kühlraum und Truhe: \(4 - (-18) = 4 + 18 = 22\), also 22 °C Unterschied.
Das Minuszeichen vor der Klammer und das negative Vorzeichen der Zahl heben sich auf: Aus dem Subtrahieren einer negativen Zahl wird ein Addieren.
Hinweis zu Aufgabe b)
Erwartungshorizont zu Aufgabe b)
\(T = -18 + 1{,}5\cdot t\) (Temperatur in °C, \(t\) in Minuten)
Für \(t = 6\): \(T = -18 + 1{,}5\cdot 6 = -18 + 9 = -9\).
Nach 6 Minuten sind es −9 °C. Punktrechnung geht vor Strichrechnung: Erst wird \(1{,}5\cdot 6\) berechnet, dann addiert.
Hinweis zu Aufgabe c)
Erwartungshorizont zu Aufgabe c)
Beim Schließen herrschen −9 °C. Bis −18 °C müssen \(-9 - (-18) = 9\) Grad abgebaut werden.
Mit 0,8 °C je Minute gilt \(0{,}8\cdot m = 9\), also \(m = 9 : 0{,}8 = 11{,}25\).
Nach 11,25 Minuten — also nach 11 Minuten und 15 Sekunden — ist die Solltemperatur wieder erreicht. Das Abkühlen dauert fast doppelt so lange wie das Erwärmen, weil 0,8 kleiner ist als 1,5.
Die Klassenkasse der 8b
AFB IIDie Klasse 8b plant eine Fahrt zum Science Center. Material M2 zeigt den Stand der Klassenkasse und die geplanten Beträge. Auf dem Klassenzettel steht die Rechnung als eine einzige Zeile: 42 + 25 · 3,50 − 179,50.
| Posten | Betrag |
|---|---|
| Guthaben vor der Planung | 42,00 € |
| Beitrag je Schülerin/Schüler (25 Kinder) | 3,50 € |
| Reisebus für den Tag | 179,50 € |
Alle 25 Kinder zahlen ihren Beitrag; weitere Ausgaben gibt es zunächst nicht.
- Berechne den Kontostand nach der Buszahlung und deute das Vorzeichen deines Ergebnisses.
- Tim rechnet die Zeile streng von links nach rechts und erhält 55,00 €. Erkläre, welchen Rechenschritt er falsch ausführt, und gib an, mit welcher Klammer sein Rechenweg zu seinem Ergebnis passen würde.
- Damit die Kasse nach der Fahrt genau bei 0 € steht, soll jedes Kind denselben Zusatzbetrag \(z\) nachzahlen. Stelle eine Gleichung auf und bestimme \(z\).
Hinweis zu Aufgabe a)
Erwartungshorizont zu Aufgabe a)
\(42 + 25\cdot 3{,}50 - 179{,}50 = 42 + 87{,}50 - 179{,}50 = 129{,}50 - 179{,}50 = -50\)
Der Kontostand beträgt −50,00 €. Das negative Vorzeichen bedeutet, dass die Kasse nicht ausreicht: Es fehlen 50 €.
Hinweis zu Aufgabe b)
Erwartungshorizont zu Aufgabe b)
Tim addiert zuerst \(42 + 25 = 67\) und multipliziert erst danach mit 3,50. Damit verletzt er die Regel „Punktrechnung vor Strichrechnung“ — der Faktor 3,50 gehört nur zur Zahl 25, nicht zur Summe.
Sein Weg ergibt \((42+25)\cdot 3{,}50 - 179{,}50 = 67\cdot 3{,}50 - 179{,}50 = 234{,}50 - 179{,}50 = 55\).
Sein Ergebnis passt also zum Term \((42+25)\cdot 3{,}50 - 179{,}50\); die Klammer um \(42+25\) steht auf dem Zettel aber nicht.
Hinweis zu Aufgabe c)
Erwartungshorizont zu Aufgabe c)
\(42 + 25\cdot(3{,}50 + z) - 179{,}50 = 0\)
\(42 + 87{,}50 + 25z - 179{,}50 = 0\)
\(25z - 50 = 0 \;\;|\; +50\)
\(25z = 50 \;\;|\; :25\)
\(z = 2\)
Jedes Kind muss 2,00 € nachzahlen; der Beitrag steigt damit auf 5,50 €. Probe: \(42 + 25\cdot 5{,}50 - 179{,}50 = 42 + 137{,}50 - 179{,}50 = 0\).
