Welche Energieformen gibt es?
Energie verschwindet nicht und entsteht nicht neu. Sie wandelt sich nur von einer Form in eine andere um. In der Chemie ist die wichtigste Form die chemische Energie, die in den chemischen Bindungen der Stoffe gespeichert ist.
| Form | Beispiel |
|---|---|
| Chemisch | Gespeichert in Brennstoffen, Nahrung und Batterien |
| Thermisch | Wird frei, wenn Holz brennt, und wärmt ein Haus |
| Licht | Wenn Magnesium brennt, entsteht weißes Licht |
| Elektrisch | Die chemische Energie einer Batterie wird zu Strom, der eine Glühbirne leuchten lässt |
| Mechanisch | In einem Motor verbrennt Benzin, und das Auto fährt |
Dieser Simulator konzentriert sich auf die thermische Energie: Er zeigt, wie Wärme von einem Körper auf einen anderen übergeht.
Wie fließt Wärme?
Zwischen zwei Körpern, die sich berühren, fließt Wärme immer vom heißen zum kalten Körper. Sobald ihre Temperaturen gleich sind, hört der Wärmefluss auf.
Jeder Stoff erwärmt sich anders. Die Wärme, die nötig ist, um 1 g eines Stoffs um 1°C zu erwärmen, heißt spezifische Wärmekapazität oder kurz spezifische Wärme (c). Für Wasser beträgt sie 4.2 J/(g·°C), für Eisen 0.45 J/(g·°C). Bei gleicher Masse braucht Wasser also etwa 9-mal so viel Wärme wie Eisen. Die Wärmemenge berechnest du mit der Formel Q = m · c · Δt: Um 100 g Wasser um 10°C zu erwärmen, braucht man 4200 J.
Mach Wärmeversuche in der App Nalukh chem
Dieser Simulator gehört zum Vollzugriff. Der Download ist kostenlos, und 2 Kapitel und 5 Simulatoren sind ohne Anmeldung nutzbar.
Wie benutzt du den Simulator?
Beim Öffnen des Simulators ist der linke Block Eisen mit 20°, der rechte Block Wasser mit 80°. Neben jedem Block steht ein Thermometer, und in jedem Block sind quadratische Markierungen. Je heißer ein Block wird, desto mehr Quadrate zeigt er.
- Wähle in der Zeile Block A das Material des linken Blocks: Eisen, Ziegelstein oder Wasser. Der rechte Block ist immer Wasser.
- Wähle in der Zeile Brenner mit dem Button A oder B, unter welchen Block der Brenner kommt.
- Zieh den unteren Schieberegler in Richtung Erhitzen, um den Block zu erhitzen, oder in Richtung Abkühlen, um ihn abzukühlen. In der Mitte ist der Brenner aus.
- Drück auf den Button ✂ Trennen, dann berühren sich die beiden Blöcke. Auf dem Button steht danach 🔗 Zusammen. Sind die Temperaturen unterschiedlich, erscheint ein Pfeil vom heißen zum kalten Block.
- Der Aktualisieren-Button in der oberen Ecke setzt alles auf den Anfang zurück.
Aufgaben für den Simulator
Drück vor jedem neuen Versuch auf den Aktualisieren-Button.
- Bring Eisen und Wasser in Kontakt und warte, bis ihre Temperaturen gleich sind. Antwort: 68°. Das Eisen erwärmt sich um 48°, das Wasser kühlt um 12° ab.
- Wähle in der Zeile Block A den Button Ziegelstein und wiederhole den Versuch. Antwort: 60°.
- Wähle in der Zeile Block A den Button Wasser und wiederhole den Versuch. Antwort: 50°, genau in der Mitte zwischen den beiden Temperaturen.
- Berechne die Endtemperatur selbst. Der Simulator verwendet relative Wärmekapazitäten: Eisen 1, Ziegelstein 2, Wasser 4. Für Eisen gilt: (1 · 20 + 4 · 80) ÷ (1 + 4) = 68°.
- Zieh den Schieberegler ganz in Richtung Erhitzen und miss, wie lange der linke Block mit Eisen und mit Wasser braucht, um sich von 20° auf 60° zu erwärmen. Antwort: Wasser braucht 4-mal so lange.
Simulator und Wirklichkeit
Der Simulator ist ein vereinfachtes Modell. Der Wasserblock gefriert nicht bei 0°C und siedet nicht bei 100°C. Die Zahl der quadratischen Markierungen hängt nur von der Temperatur ab, die Wärme in einem echten Körper hängt aber auch von seiner Masse und Wärmekapazität ab. Das echte Verhältnis der Wärmekapazitäten von Eisen und Wasser beträgt etwa 9, nicht 4.
Wasser hat eine hohe Wärmekapazität. Deshalb fließt in Heizungsrohren Wasser: Es transportiert viel Wärme und kühlt langsam ab.
