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Mischungsversuche und Energiebilanzen

Zehn Übungen zur Energiebilanz: mischen, bilanzieren, abschätzen.

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Übungsaufgaben

Alle Übungen fortlaufend nummeriert — zuerst die interaktiven Übungen zum Klicken, Ziehen und Knobeln, danach die Rechen- und Textaufgaben. Jede Übung gibt dir sofort Rückmeldung; bei Schwierigkeiten helfen dir die gestuften Tipps.

A1
Was beim Mischen wirklich passiert
AFB I

Zwei Portionen Wasser werden zusammengeschüttet. Welche Aussagen über den Vorgang stimmen?

Mehrere Antworten sind richtig. Markiere alle zutreffenden und klicke dann auf „Prüfen“.
Der Mittelwert stimmt nur bei gleich großen Massen. In der Bilanz geht keine Energie verloren — sie wird nur übertragen, und Temperatur ist ohnehin keine Energieform. Die größere Masse ändert ihre Temperatur weniger, nicht mehr.
A2
Stimmt's? — Fünferserie
AFB I

Fünf Behauptungen rund um Mischungsversuche und Energiebilanzen.

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

Energie wird übertragen, nicht vernichtet: Was die eine Portion abgibt, nimmt die andere auf — abzüglich der Verluste, die ein Kalorimeter klein hält.
A3
Lückentext mit Wortbank
AFB I

Setze die Fachbegriffe an die richtige Stelle — ein Wort bleibt übrig.

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

Beim Mischen ist die vom warmen Wasser Energie genauso groß wie die vom kalten Wasser Energie. Die gemeinsame Endtemperatur heißt . Damit möglichst wenig Energie an die Umgebung abfließt, benutzt man ein . Sie liegt näher an der Anfangstemperatur der Masse.

Übrig bleibt „Schmelzwärme“ — die gehört zu Phasenübergängen, nicht zum Mischen zweier Wasserportionen.
A4
Wer gibt ab, wer nimmt auf?
AFB I

Ein Mischversuch im Becherglas: Ordne jeden Beteiligten danach ein, welche Rolle er in der Energiebilanz spielt.

Ziehe jede Karte in den passenden Korb — oder wähle sie mit Enter aus und drücke dann die Ziffer des Korbs (0 legt sie zurück).
1gibt Energie ab
2nimmt Energie auf
3Verlustquelle
Ob ein Körper abgibt oder aufnimmt, entscheidet allein seine Temperatur im Vergleich zur Mischtemperatur. Gefäss und Raumluft kommen in der einfachen Bilanz nicht vor — genau deshalb weicht der Messwert ab.
A5
Blitzrechnung
AFB I

3,0 kg Wasser von 20 °C werden mit 1,0 kg Wasser von 60 °C gemischt. Berechne die Mischtemperatur in °C.

Rechne selbst und trage das Ergebnis ein — Enter prüft direkt.
TM = (m1·T1 + m2·T2) : (m1 + m2) = (3·20 + 1·60) : 4 = 30 °C. Kopfrechen-Trick: Die dreifache Masse zieht die Mischtemperatur auf ein Viertel des Abstands — 20 °C + 10 K = 30 °C.
A6
Der Lösungsweg einer Mischungsaufgabe
AFB II

Fünf Arbeitsschritte, mit denen du jede Mischungsaufgabe löst. Bringe sie in die richtige Reihenfolge.

Ziehe die Karten in die richtige Reihenfolge — mit der Tastatur: ↑/↓ verschiebt, Shift+↑/↓ wechselt nur den Fokus.
1Massen und Anfangstemperaturen notieren, Mischtemperatur als gesucht kennzeichnen
2Energiebilanz aufstellen: abgegebene Wärme gleich aufgenommene Wärme
3Mischungsformel hinschreiben und c auf beiden Seiten kürzen
4Klammern auflösen und nach der Mischtemperatur umstellen
5Ergebnis mit Einheit angeben und prüfen, ob es zwischen den Anfangstemperaturen liegt
Am häufigsten fällt der letzte Schritt weg — ohne diese Kontrolle bleibt ein vertauschtes Vorzeichen bei den Temperaturdifferenzen unbemerkt.
A7
Rechenkette
AFB II

In einem Kalorimeter werden 0,40 kg Wasser von 15 °C mit 0,60 kg Wasser von 65 °C gemischt.

Rechne die Kette Schritt für Schritt: Erst wenn ein Schritt stimmt, wird der nächste freigeschaltet. Enter prüft.
  1. Mischtemperatur °C
  2. Temperaturanstieg des kalten Wassers K
  3. vom kalten Wasser aufgenommene Energie (c = 4180 J/(kg·K)) J
  4. Abkühlung des warmen Wassers K
Die Kette zeigt die Bilanz von beiden Seiten: 0,40 kg · 30 K = 12 kg·K und 0,60 kg · 20 K = 12 kg·K. Gleiche Energie, verschieden große Temperaturänderung — die größere Masse ändert ihre Temperatur weniger.
A8
Mischansatz und Mischtemperatur
AFB II

Immer wird Wasser mit Wasser gemischt. Verbinde jeden Ansatz mit der passenden Mischtemperatur.

Klicke links einen Eintrag an und dann rechts den passenden — es entsteht eine Verbindungslinie. Mit der Tastatur: Enter zum Auswählen, ↑/↓ zum Wandern.
Rechne mit dem gewichteten Mittel TM = (m1·T1 + m2·T2) : (m1 + m2). Wo die größere Masse steht, dorthin rutscht die Mischtemperatur.
A9
Fehlersuche im Schulheft
AFB II

Sechs Sätze aus einem Schulheft — drei davon sind falsch. Finde sie.

In diesem Text stecken Fehler. Klicke genau die falschen Zeilen an — die richtigen musst du stehen lassen.
Das Addieren von Temperaturen ist der Klassiker in Klassenarbeiten: Energien darf man addieren, Temperaturen nie.
A10
Mischtemperatur ohne Rechnen einschätzen
AFB III

Ausgangsversuch: 1 kg Wasser von 20 °C wird mit 1 kg Wasser von 60 °C gemischt, die Mischtemperatur beträgt 40 °C. Jede Zeile verändert diesen Versuch. Schätze für jede Zeile ein, was passiert — ohne zu rechnen.

Wähle für jede Zeile eine Stufe: 1 = unter 30 °C, 2 = 30 bis 39 °C, 3 = genau 40 °C, 4 = 41 bis 50 °C, 5 = über 50 °C. Mit der Tastatur: Tab zur Zeile, ←/→ zwischen den Stufen, Enter setzt.
1 = unter 30 °C5 = über 50 °C
Beide Massen werden verdoppelt: 2 kg und 2 kg.
Statt 1 kg nimmt man 4 kg des 60 °C warmen Wassers.
Statt 1 kg nimmt man 2 kg des 20 °C kalten Wassers.
Zusätzlich kommen 3 kg Wasser von 10 °C dazu.
Das warme Wasser hat statt 60 °C nun 70 °C.
Nur das Verhältnis der Massen und die Anfangstemperaturen zählen: Verdoppelt man beide Massen, ändert sich gar nichts. Wer das durchschaut, spart sich jede Rechnung.