Wasserkocher
AFB I–IIEin Wasserkocher nimmt 600 J elektrische Energie auf. Davon gehen 480 J als thermische Energie in das Wasser; der Rest erwärmt die Kanne und die Umgebung.
- Berechnen Sie die Abwärme des Wasserkochers.
- Zeichnen Sie das Energieflussdiagramm des Wasserkochers mit dem Maßstab 1 cm entspricht 60 J.
Hinweise
Hinweis zu Aufgabe a)
Hinweis zu Aufgabe b)
Erwartungshorizont
Erwartungshorizont zu Aufgabe a)
Ansatz: Abwärme = zugeführte Energie − nutzbare Energie. Rechnung: 600 J − 480 J = 120 J. Antwort: Die Abwärme beträgt 120 J.
Erwartungshorizont zu Aufgabe b)
Pfeilbreiten: zugeführt 600 J : 60 J = 10 cm (Pfeil von links), Wasser 480 J : 60 J = 8 cm (Pfeil nach rechts), Abwärme 120 J : 60 J = 2 cm (Pfeil nach rechts oder unten). Alle Pfeile beschriften und den Maßstab 1 cm entspricht 60 J angeben. Kontrolle: 8 cm + 2 cm = 10 cm.
Motor eines Modellautos
AFB II–IIIEin Modellauto fährt mit einem Elektromotor. In einer Minute nimmt der Motor 200 J elektrische Energie aus dem Akku auf. Gemessen wurden 130 J Bewegungsenergie des Autos und 55 J thermische Energie im Motor und in den Kabeln; der kleine Rest verlässt das Auto als Schall. Der Akku speichert insgesamt 4000 J. Lena zeichnet dazu ein Energieflussdiagramm mit dem Maßstab 1 cm entspricht 25 J, lässt aber den Pfeil für die thermische Energie weg.
- Beschreiben Sie, welche Pfeile das Energieflussdiagramm des Motors enthalten muss und wo sie stehen.
- Ermitteln Sie die Schallenergie und die Breite aller vier Pfeile im Maßstab 1 cm entspricht 25 J.
- Beurteilen Sie Lenas Diagramm.
Hinweise
Hinweis zu Aufgabe a)
Hinweis zu Aufgabe b)
Hinweis zu Aufgabe c)
Erwartungshorizont
Erwartungshorizont zu Aufgabe a)
Ein zugeführter Pfeil von links: 200 J elektrische Energie aus dem Akku. Rechts drei abgehende Pfeile: 130 J Bewegungsenergie (nutzbar), 55 J thermische Energie und die Schallenergie als Abwärme. Jeder Pfeil wird beschriftet, seine Breite richtet sich nach dem Maßstab.
Erwartungshorizont zu Aufgabe b)
Schallenergie: 200 J − 130 J − 55 J = 15 J. Pfeilbreiten: 200 J : 25 J = 8 cm, 130 J : 25 J = 5,2 cm, 55 J : 25 J = 2,2 cm, 15 J : 25 J = 0,6 cm. Kontrolle: 5,2 cm + 2,2 cm + 0,6 cm = 8 cm. Die Akkuladung von 4000 J wird nicht gebraucht.
Erwartungshorizont zu Aufgabe c)
Das Diagramm ist falsch: Ohne den Pfeil für die 55 J thermische Energie kommen rechts nur 130 J + 15 J = 145 J an, links aber 200 J. Es fehlen 55 J, und die Bilanz geht nicht auf. Abwärme muss eingezeichnet werden, auch wenn sie nicht genutzt wird; erst dann zeigt das Diagramm, wohin die Energie wirklich geht.
