1. Wärme im Haus

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1. Wärme im Haus

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Wenn du nicht mehr genau weißt, wie die Temperatur gemessen wird und welche Bedeutung dabei die Bewegung der Teilchen hat, schau dir die Wiederholung an.

Wiederholung

Temperatur messen

Um zu wiederholen, wie die Temperatur gemessen wird und welche Bedeutung dabei die Bewegung der Teilchen hat, starte die Simulation „Aggregatzustände“. Klicke zunächst auf den Kasten "Zustand".

  • Oben links siehst du ein Thermometer. Ändere die Einheit von K (Kelvin) auf °C (Grad Celsius).
  • Wähle zu Beginn rechts als Stoff "Wasser" aus.
  • Mit dem Schieberegler kannst du durch wiederholendes Betätigen den Behälter langsam abkühlen. Beobachte die Teilchen genau: Was stellst du bei -273 °C fest?
  • Heize nun mit dem Schieberegler den Behälter auf. Wie verhalten sich die Teilchen z. B. bei -10 °C, bei 25 °C und bei 120 °C? Erkennst du Unterschiede?
  • Die Simulation bietet viele Möglichkeiten, die Bedingungen zu ändern. Wähle z. B. einen anderen Stoff und beobachte die Veränderungen der Teilchenbewegung, wenn du den Aggregatzustand wechselst.

Erinnerst du dich wieder? Dann bearbeite nun die folgende Aufgabe!

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Bis zu dieser Stelle hast du schon viele Informationen erhalten. Um sie später nachlesen zu können, fertige nun einen Hefteintrag an!

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Merkwissen – Hefteintrag

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Übertrage die folgenden Informationen in dein Heft bzw. deinen Hefter!

Energieübertragung durch Wärme

  • Energie kann ein System (hier: das Haus) verlassen und steht dann zur Nutzung nicht mehr zur Verfügung.
  • Formen der Wärmeübertragung sind Wärmeleitung, Wärmeströmung und Wärmestrahlung.
  • Wärmedämmung verringert die Wärmeübertragung.

1.1 Wärmequellen und Teilchenbewegung

Woher kommt die Wärme?

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Bei der Renovierung eines Hauses ist es oft sinnvoll, die Heizung zu modernisieren. Dabei muss man entscheiden, ob man z. B. mit Gas, Öl, Sonne, Holz oder auf eine andere Weise heizen will. Auf jeden Fall wird eine Wärmequelle benötigt, um ein Haus zu heizen. Voraussetzung dafür, dass ein Körper Energie durch Wärme abgibt, ist ein Temperaturunterschied mit seiner Umgebung oder einem anderen Körper. Durch die Abgabe verändern sich die Temperaturen der Körper. Wenn du dir jetzt verschiedene Wärmequellen genau ansiehst, wirst du feststellen, dass einige natürlich vorkommen und andere künstliche Wärmequellen sind.

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Aufgabe

Ordne den Bildern der Wärmequellen die richtigen Begriffe zu! (Hinweis: "Sonne (Strahlung)" kannst du zweimal zuordnen!)

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Aufgabe

Wobei handelt es sich um natürliche, wobei um künstliche Wärmequellen?

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Merkwissen – Hefteintrag

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Erstelle – ausgehend von der vorherigen Aufgabe – eine Tabelle mit natürlichen und künstlichen Wärmequellen in dein Heft bzw. deinen Hefter!
Überschrift: „Wärmequellen

Zusatzaufgabe: Überlege dir, welche der genannten Wärmequellen für das Heizen eines Hauses einsetzbar sein könnten!

Was passiert beim Heizen?

Ein Blick auf die Teilchenbewegung

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Bei einer Heizung – aber auch bei einer Tasse Tee – wird die Energie von einem Körper mit hoher Temperatur (Heizkörper, Teetasse) auf einen Körper mit niedriger Temperatur (Luft, Teelöffel) übertragen. Was passiert dabei eigentlich genau?

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Simulation der Teilchenbewegung

Schauen wir uns dazu die kleinen Teilchen – Atome oder Moleküle – an und beobachten in einer Simulation, wie sich diese Teilchen (blau und rot) verhalten.

Lege für deine Notizen das Heft bereit und übertrage die Überschrift.


Einstellung der Startbedingungen

  • Gehe zur Simulation "Diffusion" unter diesem Text.
  • Stelle unter "Anzahl Teilchen" für Blau und Rot jeweils "100" ein.
  • Lasse die Masse und den Radius unverändert.
  • Stelle die Anfangstemperatur der Teilchen links (blau) auf 300 K und rechts (rot) 100 K ein.
  • Setze das Häkchen bei "Schwerpunkte".
  • Öffne das Fenster "Daten" (grünes Plus-Zeichen) und notiere die Angaben.
Durchführung der Simulation
  • Betrachte die blauen Teilchen und die roten Teilchen genau. Notiere deine Beobachtung.
  • Klicke nun auf den grünen Button "Trennwand entfernen".
  • Beobachte das Geschehen für mindestens 3 Minuten. Klicke danach auf "Pause", sobald die beiden Schwerpunkte in der Mitte übereinander liegen.
  • Notiere deine Beobachtungen und die Angaben aus dem Kasten "Daten".

Auswertung

  • Beschreibe in eigenen Worten deine Beobachtungen.
    Folgende Stichworte können dir helfen: Startbedingungen, Temperatur, Teilchenbewegung, Geschwindigkeit, Stöße, Geschwindigkeitsänderung, Verteilung der Teilchen, Temperaturunterschied
  • Sortiere nun in der Übung die Erklärungen für die Beobachtungen.

Simulation Diffusion:

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Beobachtungen:

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Definitionen

Thermische Energie und Wärme

Die thermische Energie eines Stoffes ist die Fähigkeit eines Körpers, Wärme an die kältere Umgebung abzugeben.

Die Wärme gibt an, wie viel thermische Energie von einem Körper auf einen anderen übertragen wird.

Die Wärmeübertragung erfolgt dabei immer nur von selbst von einem Körper höherer Temperatur auf einen Körper tieferer Temperatur.