Reifeprüfung, Semester 4 |
Die Energie ist gespeicherte Arbeit. Das ist die Kurfassung. Eine physikalische Größe, die in allen Teilgebieten der Physik sowie in der Technik, der Chemie, der Biologie und der Wirtschaft eine zentrale Rolle spielt. Ihre SI-Einheit ist das Joule. In der theoretischen Physik wird Energie abstrakt als diejenige Größe definiert, die aufgrund der Unveränderlichkeit der Naturgesetze im Lauf der Zeit erhalten bleibt. Viele einführende Texte definieren Energie als Fähigkeit, mechanische Arbeit zu verrichten.
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Reifeprüfung, Semester 4 |
Kräfte sind Wechselwirkungen zwischen zwei Objekten. Objekte kann man „blau anmalen“, Kräfte nicht. Sie können an ihrer Wirkung beobachtet werden, haben unterschiedliche Stärken und Reichweiten, sie können abstoßend oder anziehend wirken.
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Reifeprüfung, Semester 5 |
Im Winter eine oft gehörte Aufforderung: „Schnell, mach‘ das Fenster zu, es kommt kalt herein“. Wenn aber Kälte die Abwesenheit von Wärme ist, wie kann das „Nichts“ hereinkommen? Die genaue Betrachtung dieser Frage bringt einen schnell auf die Kernbegriffe der Wärmelehre – oder darf man auch sagen, die Kälteabwesenheitslehre?
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Premium, Reifeprüfung, Semester 5 |
Wer die Frage zum ersten Mal hört, geht nach seinem Bauchgefühl und würde sie so beantworten:“Natürlich schmilzt das Eis in Wolle schneller.“ Aber warum glauben wir das? Für gewöhnlich hält uns Wolle warm. Warum sollte es also beim Eis anders sein?
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Reifeprüfung, Semester 5 |
Das Grundprinzip der Erdwärmeheizung ist das eines Kühlschrankes – einer Wärmepumpe. Der Kühlschrank entzieht dem zu kühlenden Raum Wärme und gibt sie nach außen ab.
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Reifeprüfung, Semester 5 |
Der Heizkörper erzeugt warme Luft, die sich durch Konvektion im Raum verteilt: durch Luftbewegungen wird sie im Zimmer verteilt. Nur wenn der Heizkörper im kälteren Teil des Zimmers am Fenster steht, können diese Luftbewegungen gut entstehen: durch das Aufsteigen von heißer Luft in kalter Luft.
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Premium, Reifeprüfung, Semester 5 |
Wasser verdunstet bei jeder Temperatur, auf jeder Höhe. Es entsteht Wasserdampf. Ab einer bestimmten Temperatur, auf einer bestimmten Höhe ist der Luftdruck der Umgebung gleich dem Luftdruck in den Dampfbläschen in der Flüssigkeit. Es blubbert. Man sagt, das Wasser siedet. Je geringer der Luftdruck ist, desto niedriger ist die Siedetemperatur. Auf der Spitze des Mt. Everest ist der Luftdruck so gering, dass das Wasser bereits bei 70 Grad Celsius siedet.
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Premium, Reifeprüfung, Semester 5 |
Wenn dem nicht so wäre, dann hätte sich die Welt wohl ganz und gar anders entwickelt. Die Möglichkeit mit einem gedrehten Holzstab und Zunder selbstständig Feuer zu machen war einer der Schlüsselpunkte in der menschlichen Entwicklung. Reibung macht warm, weil Arbeit in Wärmeenergie umgewandelt wird. Das sagt der zweite Hauptsatz der Wärmelehre: „Die innere Energie eines Körpers kann nur durch Zufuhr von Arbeit und durch Zufuhr von Wärme erhöht werden.“
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Premium, Reifeprüfung, Semester 5 |
Die Hauptsätze der Wärmelehre beschäftigen sich einerseits mit einem Temperaturphänomen: der absolute Nullpunkt kann nicht erreicht werden. Andererseits beschäftigen sie sich mit einem bekannten Übertragungsphänomen: Wärme fließt von selbst nur von einem heißen zu einem kalten Körper.
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Reifeprüfung, Semester 5 |
Der Kühlschrank transportiert Wärme aus sich heraus in die Küche. Er ist eine Maschine, die Wärme von einem kalten Reservoir (Kühlraum) in ein warmes Reservoir (Küche) fließen lässt. Der zweite Hauptsatz der Wärmelehre würde den umgekehrten Weg vorschreiben: von heiß nach kalt – von Küche nach Kühlschrank.
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Reifeprüfung, Semester 6 |
Psst! Leise schleichen Sie durch das Museum, in der linken Hand die Mona Lisa. Als Sie plötzlich ungewollt den geraden, dünnen, unsichtbaren Strahl eines Lasers unterbrechen, ertönen Alarmsirenen. Warum muss denn auch dieser Laserstrahl so schmal, gerade und unsichtbar sein?
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Reifeprüfung, Semester 6 |
Licht ist ein schönes Phänomen. Licht ist unsichtbar, außer es trifft auf einen Gegenstand. Licht benimmt sich wie eine Welle, benimmt sich wie ein Teilchen. Experimente zeigen das eine, oder das andere. Was stimmt aber nun?
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Reifeprüfung, Semester 5 |
![Jean-Honoré Fragonard [Public domain], via Wikimedia Commons](https://www.phyx.at/wp-content/uploads/2011/05/468px-Fragonard_The_Swing-234x300.jpg)
Jean-Honoré Fragonard [Public domain], via Wikimedia Commons
Schaukeln können Sie, wie Sie wollen. Es ist immer richtig. Die Frage ist also anders zu verstehen. Fragen wir: Wie schaukelt man am bequemsten? Die Schaukel kommt wie jede Schwingung von selbst irgendwann durch Reibung zum Stillstand. Man muss sie also antreiben.
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Reifeprüfung, Semester 5 |
Wellen können um Hindernisse herumlaufen, wenn die Wellenlänge im Größenbereich des Hindernisses ist. Wir sprechen von Beugung. Beugung findet etwa statt, wenn Schall mit einer typischen Wellenlänge von einem Meter durch eine Tür geht, die ebenfalls etwa diese Größe hat. Wir können um die Ecke hören. Beugung findet nicht statt, wenn Licht mit einer sehr kleinen Wellenlänge im Nanometer-Bereich durch die Tür geht. Wir können um die Ecke nicht sehen.
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Reifeprüfung, Semester 5 |
Gefahr droht für Mensch und Umwelt immer, wenn Energie übertragen wird: in einem unpassenden Moment, an einer unpassenden Stelle, in einer unpassenden Menge. Ein Erdbeben kann das alles gleichzeitig.
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