Das aufgezogene Spielzeugauto
AFB I–IITim zieht ein Spielzeugauto auf und spannt dabei die Feder im Inneren. Die gespannte Feder speichert 6 J. Nach dem Loslassen fährt das Auto los und besitzt dabei höchstens 4 J Bewegungsenergie.
- Nennen Sie die Energieform, die in der gespannten Feder gespeichert ist.
- Berechnen Sie, wie viel Energie als thermische Energie an die Umgebung abgegeben wird.
Hinweise
Hinweis zu Aufgabe a)
Hinweis zu Aufgabe b)
Erwartungshorizont
Erwartungshorizont zu Aufgabe a)
Spannenergie. Die Feder ist verformt, und Verformung ist das Kennzeichen der Spannenergie.
Erwartungshorizont zu Aufgabe b)
Ansatz: abgegebene thermische Energie = gespeicherte Spannenergie − Bewegungsenergie. Rechnung: \( 6\,\text{J} - 4\,\text{J} = 2\,\text{J} \). Antwort: 2 J werden durch Reibung als thermische Energie an die Umgebung abgegeben.
Die Taschenlampe im Zeltlager
AFB II–IIILenas Taschenlampe hat einen Akku, der 9 kJ elektrische Energie speichert. Der Akku wurde am Nachmittag in 2 Stunden an der Steckdose geladen. Beim Leuchten gibt die Lampe insgesamt 3 kJ als Strahlungsenergie ab; der Rest erwärmt Lampe und Luft. Am Ende ist der Akku leer.
- Beschreiben Sie, welche Energieformen beim Leuchten der Taschenlampe nacheinander auftreten.
- Ermitteln Sie, wie viel Energie in Joule als thermische Energie an die Umgebung geht.
- Beurteilen Sie die Aussage: „Die Taschenlampe verbraucht Energie.“
Hinweise
Hinweis zu Aufgabe a)
Hinweis zu Aufgabe b)
Hinweis zu Aufgabe c)
Erwartungshorizont
Erwartungshorizont zu Aufgabe a)
Im Akku ist chemische Energie gespeichert. Beim Einschalten wird sie zu elektrischer Energie, die Lampe wandelt diese in Strahlungsenergie und thermische Energie um.
Erwartungshorizont zu Aufgabe b)
\( 9\,\text{kJ} - 3\,\text{kJ} = 6\,\text{kJ} \) und \( 6\,\text{kJ} = 6000\,\text{J} \). Antwort: 6000 J gehen als thermische Energie an die Umgebung. Die Ladezeit von 2 Stunden wird nicht gebraucht.
Erwartungshorizont zu Aufgabe c)
Die Aussage ist umgangssprachlich, physikalisch aber falsch: Die 9 kJ verschwinden nicht, sie liegen am Ende als Strahlungsenergie und thermische Energie in der Umgebung vor. Vollständig ist die Antwort, wenn beide Endformen genannt und die Aussage als Umwandlung statt Verbrauch beurteilt wird.
