Aufgabenblock — AFB II
Zehn Sachaufgaben aus allen Kapiteln des Themas: erst die Situation übersetzen, dann in mehreren Schritten rechnen — mit gestuften Tipps, wenn du nicht weiterkommst.
In einen Wasserkocher füllst du 1,5 L Wasser (m = 1,5 kg) mit einer Anfangstemperatur von 15 °C. Das Wasser wird bis zum Sieden bei 100 °C erhitzt. Es gilt c = 4180 J/(kg·K).
a) Berechne die Temperaturdifferenz ΔT. b) Berechne die zugeführte Wärme Q in Kilojoule.
Vollständige Lösung
2 kg Wasser von 80 °C werden mit 3 kg Wasser von 20 °C gemischt. Das Gefäß nimmt keine Energie auf.
a) Berechne die Mischtemperatur ϑm. b) Berechne die Wärme, die das heiße Wasser abgibt, in Kilojoule.
Vollständige Lösung
Ein Aluminiumtopf (m = 0,8 kg, c = 900 J/(kg·K)) enthält 1,2 kg Wasser. Beides wird von 20 °C auf 90 °C erhitzt und erwärmt sich gleich stark.
a) Berechne die Wärme, die allein das Wasser aufnimmt, in Kilojoule. b) Berechne die gesamte Wärme für Topf und Wasser in Kilojoule.
Vollständige Lösung
Ein Tauchsieder mit der Leistung P = 2000 W erwärmt 0,5 kg Wasser von 20 °C auf 100 °C. Energieverluste bleiben unberücksichtigt.
a) Berechne die benötigte Wärme Q in Kilojoule. b) Berechne, wie lange der Tauchsieder dafür arbeiten muss.
Vollständige Lösung
0,2 kg Eis von 0 °C werden vollständig geschmolzen; anschließend wird das Schmelzwasser auf 20 °C erwärmt. Es gilt qs = 334 kJ/kg.
a) Berechne die Wärme zum Schmelzen in Kilojoule. b) Berechne die insgesamt nötige Wärme in Kilojoule.
Vollständige Lösung
0,3 kg Wasser von 100 °C werden auf einer Herdplatte mit P = 1500 W vollständig verdampft. Es gilt qv = 2256 kJ/kg.
a) Berechne die nötige Wärme in Kilojoule. b) Berechne die dazu benötigte Zeit in Sekunden.
Vollständige Lösung
Ein Eisenstück (m = 1 kg, c = 450 J/(kg·K)) von 300 °C wird in 2 kg Wasser von 20 °C gelegt. Energieverluste an die Umgebung werden vernachlässigt.
a) Berechne die Mischtemperatur. b) Berechne die Wärme, die das Wasser aufnimmt, in Kilojoule.
Vollständige Lösung
Ein Brückenteil aus Beton ist l0 = 80 m lang. Im Winter werden −15 °C gemessen, im Sommer +40 °C. Für Beton gilt α = 0,000012 1⁄K.
a) Berechne die auftretende Temperaturdifferenz. b) Berechne die Längenänderung in Zentimetern.
Vollständige Lösung
Ein Metallblock mit m = 0,4 kg nimmt im Versuch Q = 13,5 kJ auf und erwärmt sich dabei um ΔT = 75 K.
a) Berechne die spezifische Wärmekapazität des Metalls. b) Berechne, welche Wärme dieselbe Masse Wasser für dieselbe Erwärmung bräuchte, in Kilojoule.
Vollständige Lösung
Ein Boiler erwärmt 150 L Wasser (m = 150 kg) von 12 °C auf 60 °C. Eine Kilowattstunde kostet 0,30 €; Verluste bleiben unberücksichtigt.
a) Berechne die benötigte Energie in Kilowattstunden. b) Berechne die Stromkosten in Euro.
