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Typische Fehler

Die zehn Fehler, die in Klassenarbeiten zu diesem Kapitel am häufigsten Punkte kosten — jeder mit falscher und richtiger Rechnung nebeneinander.

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Die 10 häufigsten Fehler

1Mit Grad Celsius statt Kelvin gerechnet

2,5 · 37 : 20 = 4,63 bar ✗ 2,5 · 310 : 293 = 2,65 bar ✓ K = °C + 273,15 0 °C sind 273,15 K — nicht null Bei 0 °C würde man durch null teilen
Rot: mit Celsius gerechnet. Grün: richtig in Kelvin.

Falsch: In V1:T1 = V2:T2 oder p1:T1 = p2:T2 werden Celsius-Werte eingesetzt. Beispiel Fahrradreifen: 2,50 bar · 37 : 20 = 4,63 bar — ein Anstieg um 85 %.

Richtig: Erst umrechnen: K = °C + 273,15. Dann 2,50 bar · 310 K : 293 K = 2,65 bar, also nur rund 6 % mehr. Die Celsius-Skala hat einen willkürlich verschobenen Nullpunkt, ihre Verhältnisse sind bedeutungslos.

Merksatz: In jedem Gasgesetz und in ηmax steht T — und T heißt immer Kelvin. Nur eine Temperaturdifferenz ist in beiden Skalen dieselbe Zahl.

2Produkt und Quotient verwechselt

T konstant → p · V = konstant p konstant → V : T = konstant V konstant → p : T = konstant p : V = konstant ✗   p · T = konstant ✗
Drei richtige Formen und zwei häufige Falschformen.

Falsch: Beim ersten Gas-Gesetz wird p:V gebildet statt p·V, oder beim dritten p·T statt p:T. Beides führt zu Ergebnissen, die in die falsche Richtung gehen.

Richtig: Nur beim ersten Gas-Gesetz ist ein Produkt konstant (p · V). Beim zweiten und dritten ist es jeweils ein Quotient (V:T bzw. p:T).

Merksatz: Steht T im Gesetz, steht T unten im Bruch. Nur ohne T (p und V allein) wird multipliziert.

3Das falsche Gasgesetz gewählt

starre Flasche V konst. → p:T bewegl. Kolben p konst. → V:T ℃ Zimmertemperatur T konst. → p·V Erst lesen, welche Größe festgehalten wird!
Die Situation entscheidet, welches Gesetz gilt.

Falsch: Es wird direkt gerechnet, ohne zu prüfen, welche Größe konstant bleibt — meist wird das zuletzt geübte Gesetz genommen. Bei einer starren Flasche kommt dann V1:T1 = V2:T2 heraus, obwohl sich das Volumen gar nicht ändern kann.

Richtig: Immer zuerst die Frage stellen: Welche Größe bleibt konstant? Starre, verschlossene Flasche → V konstant → drittes Gesetz. Beweglicher Kolben oder offener Ballon → p konstant → zweites Gesetz. Langsame Änderung bei Zimmertemperatur → T konstant → erstes Gesetz.

Merksatz: Erst die konstante Größe unterstreichen, dann die Formel hinschreiben — nie umgekehrt.

4Masse als Kraft eingesetzt

60 N ✗ 588,6 N ✓ → F = m · g = 60 kg · 9,81 m/s² Masse in kg — Kraft in N Der Faktor 9,81 fehlt fast zehnfach im Ergebnis
Ohne g ist das Ergebnis rund zehnmal zu klein.

Falsch: In p = F : A wird direkt die Masse eingesetzt: p = 60 : 0,3 = 200 Pa. Damit fehlt der Faktor 9,81 komplett.

Richtig: Erst F = m · g rechnen: 60 kg · 9,81 m/s² = 588,6 N. Dann p = 588,6 N : 0,3 m² = 1962 Pa.

Merksatz: Kilogramm gehen nie direkt in die Druckformel. Zwischen Masse und Druck steht immer die Kraft.

5Flächen falsch umgerechnet

200 cm² = 2 m² ✗    = 0,2 m² ✗ 200 cm² = 0,02 m² ✓ 1 m = 100 cm 1 m² = 100² cm² = 10 000 cm²
Bei Flächen wird der Faktor quadriert.

Falsch: 200 cm² werden zu 2 m² oder 0,2 m² gemacht — es wird durch 100 statt durch 10 000 geteilt. Der Druck kommt dann um den Faktor 100 zu klein heraus.

Richtig: 1 m = 100 cm, also 1 m² = 100² cm² = 10 000 cm². Damit ist 200 cm² = 200 : 10 000 = 0,02 m². Genauso gilt bei Dichten: 1 g/cm³ = 1000 kg/m³.

Merksatz: Fläche hoch 2 → Faktor hoch 2. Volumen hoch 3 → Faktor hoch 3.

6bar nicht in Pascal umgerechnet

p = h · ρ · g = 1,5 → „1,5 bar“ ✗ 1,5 bar = 150 000 Pa ✓ 1 bar = 100 000 Pa 1 hPa = 100 Pa · 1 MPa = 1 000 000 Pa bar in der Formel: Faktor 100 000 daneben
Ein Vorzeichenfehler ist harmlos dagegen.

Falsch: In p = h · ρ · g wird das Ergebnis in bar erwartet, oder ein in bar gegebener Wert wird direkt eingesetzt. Ergebnis: um den Faktor 100 000 daneben.

Richtig: Die Formel liefert Pascal, weil ρ in kg/m³ und g in m/s² eingesetzt werden. Erst am Ende umrechnen: 1 bar = 100 000 Pa. Beim ersten Gas-Gesetz dürfen bar dagegen stehen bleiben — solange auf beiden Seiten dieselbe Einheit steht, kürzt sie sich heraus.

Merksatz: Formeln mit ρ und g rechnen in SI-Einheiten. Gasgesetze dürfen jede Einheit haben — aber auf beiden Seiten dieselbe.

7Isotherme als Gerade gezeichnet

Gerade ✗ Hyperbel ✓ V p orange: die Messwerte aus dem Experiment
Rot: falsche Ausgleichsgerade. Grün: richtige Kurve.

Falsch: Die Messwerte aus dem Boyle-Mariotte-Experiment werden mit einer Geraden verbunden. Die Punkte liegen aber sichtbar nicht auf einer Geraden.

Richtig: Bei konstanter Temperatur ist p · V konstant, also p = konstant : V — eine umgekehrte Proportionalität. Die Wertepaare liegen auf einer gekrümmten Kurve (Hyperbel). Eine Ursprungsgerade entsteht nur beim zweiten und dritten Gasgesetz, weil dort ein Quotient konstant ist.

Merksatz: Produkt konstant → gekrümmt. Quotient konstant → Gerade durch den Ursprung.

8Arbeit beim isochoren Schritt angenommen

ΔV = 0 → W = 0 Unter einer senkrechten Linie liegt keine Fläche V p
Senkrecht heißt: keine Volumenänderung.

Falsch: Für die senkrechten Abschnitte des Kreisprozesses wird eine Arbeit ausgerechnet, etwa W = p · V mit dem abgelesenen Druck. Damit wird die Nutzarbeit deutlich zu groß.

Richtig: Bei einer isochoren Zustandsänderung ist ΔV = 0, also W = p · 0 = 0 J. Im Diagramm sieht man das direkt: Unter einer senkrechten Linie liegt keine Fläche. Arbeit leisten nur die waagerechten und gekrümmten Abschnitte.

Merksatz: Kein Volumenhub → keine Volumenarbeit. Der Kolben hat sich nicht bewegt.

9Nutzarbeit als Fläche unter der oberen Kurve

Wₙₖₜ₪ ✓ rot: zu viel gezählt ✗ V p
Grün: eingeschlossene Fläche. Rot: alles darunter.

Falsch: Es wird die gesamte Fläche unter der oberen Kurve als Nutzarbeit angegeben. Damit wird die Arbeit, die bei der Kompression wieder hineingesteckt werden muss, unterschlagen.

Richtig: Die Nutzarbeit ist eine Differenz: abgegebene minus wieder aufgewendete Arbeit. Im Diagramm ist das genau die vom Umlauf eingeschlossene Fläche. Beim Beispiel im Kapitel: 900 bar·cm³ abgegeben minus 300 bar·cm³ aufgewendet = 600 bar·cm³ = 60 J.

Merksatz: Nur was der Umlauf einschließt, bleibt übrig. Und ohne Pfeile im Diagramm kann man Motor und Kältemaschine gar nicht unterscheiden.

10ηmax: Differenz statt Verhältnis — und als real erreichbar

600 K → 300 K 50 % 1200 K → 900 K 25 % beide: ΔT = 300 K — trotzdem halber Wert η₁₀ₓ = 1 − Tₖ : Tₕ — ein Quotient
Der Temperaturunterschied allein sagt nichts.

Falsch: Aus „ΔT = 300 K“ wird auf einen festen Wirkungsgrad geschlossen. Oder ηmax wird als der Wert angegeben, den die Maschine tatsächlich erreicht.

Richtig: In der Formel steht das Verhältnis Tk:Th, nicht die Differenz: 600 K → 300 K ergibt 50 %, 1200 K → 900 K nur 25 %. Und ηmax ist eine Obergrenze — real liegt der Wert immer darunter (Kohlekraftwerk: 66 % möglich, rund 45 % real).

Merksatz: ηmax sagt, was höchstens geht. Und teilen, nicht abziehen.
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