1. Aufgabe:
Eine Kugel der Masse m = 100 g wird in eine Federpistole mit gespannter Feder gelegt. Nach der Freigabe der Feder rollt die Kugel zunächst etwa fünfzig Zentimeter waagerecht und dann eine gekrümmte Bahn hinauf. Der höchste Bahnpunkt liegt in Position C 25 cm über der Nulllage.
Die Feder hat die Federhärte D = 200 N/m .
a) Geben Sie an, welche Energieformen das System in den Positionen A, B und C besitzt.
b) Berechnen Sie, um wie viele cm die Feder zusammengedrückt wurde.
c) Wie schnell ist die Kugel, wenn die Feder gerade entspannt ist?
d) Wie schnell ist die Kugel, wenn sie genau die Hälfte der höchsten Höhe erreicht hat?
2. Aufgabe:
In einem beidseitig verschlossenen Papprohr befinden sich 500 g Bleikügelchen der Temperatur 20 °C. An einem Ende des Papprohrs ist ein Thermometer angebracht, mit dem man die Temperatur der Bleikügelchen messen kann.
Die Pappröhre wird 100-mal um 180° gedreht, sodass jedes Mal die Bleikügelchen die Länge des Papprohrs von einem Meter durchfallen.
a) Begründen Sie, dass sich die Bleikügelchen erwärmen.
b) Welche Temperatur haben die Bleikügelchen, nachdem das Papprohr 100-mal gedreht wurde?
c) Begründen Sie, warum im Realexperiment die Temperatur der Bleikügelchen erheblich niedriger ist.
3. Aufgabe:
In einem Stahlgefäß der Masse 200 g befinden sich 3 Liter Wasser. Beides hat die Temperatur 18 °C. Stahlgefäß und Wasser werden von einem Benzinkocher erwärmt, der 30 g Benzin enthält, das
vollständig verbrennt. Das System aus Benzinkocher, Stahlgefäß und Wasser hat einen Wirkungsgrad von 30 %.
Auf welche Temperatur kann man das Wasser und das Gefäß erhitzen?
4. Aufgabe:
Ein Warmwasserbereiter benötigt eineinhalb Minuten, um 1,2 Liter Wasser von 15 °C auf 60 °C zur erwärmen. Die Netzspannung beträgt 230 V. Eine Kilowattstunde Energie kostet 22 Cent.
a) Welche Energiestromstärke (Leistung) hat der Warmwasserbereiter?
b) Welche Stromstärke fließt während des Aufheizens?
c) Wie viel Cent kostet es, 3 Liter Wasser mit diesem Gerät von 15 °C auf 80 °C zu erhitzen?
5. Aufgabe:
a) Das Abbrennen großer Waldbestände im Amazonasgebiet erhöht den CO2-Gehalt der Atmosphäre. Begründen Sie diese Aussage kurz.
b) Erläutern Sie den Unterschied zwischen dem Wirkungsgrad und dem Erntefaktor eines Kraftwerks. Was bedeutet es, wenn der Erntefaktor kleiner als eins ist?
c) In einem Kraftwerk werden im Mittel eines Jahres für die Erzeugung von einer Kilowattstunde elektrischer Energie 340 g Steinkohle verfeuert.
Berechnen Sie den Wirkungsgrad des Kraftwerkes.
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