Wie viel Leistung wird benötigt, um 30 Liter Wasser in 4 Minuten von 10 auf 40 Grad zu erwärmen?

Question

Wie viel Leistung wird benötigt, um 30 Liter Wasser in 4 Minuten von 10 auf 40 Grad zu erwärmen?

Antwort

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Accepted Answer

Um die benötigte Leistung zu berechnen, um 30 Liter Wasser von 10°C auf 40°C in 4 Minuten zu erwärmen, kannst du die folgende Formel verwenden: \[ P = \frac{Q}{t} \] wobei \( P \) die Leistung in Watt (W), \( Q \) die zugeführte Wärmeenergie in Joule (J) und \( t \) die Zeit in Sekunden (s) ist. Zuerst berechnest du die zugeführte Wärmeenergie \( Q \) mit der Formel: \[ Q = m \cdot c \cdot \Delta T \] wobei: - \( m \) die Masse des Wassers in Kilogramm (kg) ist (1 Liter Wasser entspricht etwa 1 kg), - \( c \) die spezifische Wärmekapazität von Wasser ist (ca. 4.186 J/g°C oder 4186 J/kg°C), - \( \Delta T \) die Temperaturänderung in Grad Celsius (°C) ist. Für 30 Liter Wasser (also 30 kg), eine Temperaturänderung von 10°C auf 40°C (also 30°C), und die spezifische Wärmekapazität von Wasser: \[ Q = 30 \, \text{kg} \cdot 4186 \, \text{J/kg°C} \cdot 30 \, \text{°C} \] \[ Q = 30 \cdot 4186 \cdot 30 \] \[ Q = 3,767,400 \, \text{J} \] Die Zeit \( t \) beträgt 4 Minuten, was 240 Sekunden entspricht: \[ t = 4 \, \text{min} \cdot 60 \, \text{s/min} = 240 \, \text{s} \] Nun kannst du die Leistung \( P \) berechnen: \[ P = \frac{3,767,400 \, \text{J}}{240 \, \text{s}} \] \[ P = 15,697.5 \, \text{W} \] Die benötigte Leistung beträgt also etwa 15,697.5 Watt.

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Wenn Wasser in einem geschlossenen System erhitzt wird, steigt der Druck deutlich an, sobald die Temperatur über 100 °C steigt. Das liegt daran, dass Wasser bei 100 °C unter Normaldruck (... [mehr]

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Wenn Wasser in einem geschlossenen System erhitzt wird, steigt der Druck deutlich an, sobald die Temperatur über 100 °C steigt. Das liegt daran, dass Wasser bei 100 °C unter Normaldruck (1 bar) siedet, aber in einem geschlossenen Behälter kann der Dampf nicht entweichen. Dadurch erhöht sich der Druck mit steigender Temperatur. Hier einige Beispiele für den Druck von Wasserdampf in einem geschlossenen System bei verschiedenen Temperaturen (Werte gerundet): - **100 °C:** ca. 1 bar (Siedepunkt bei Normaldruck) - **120 °C:** ca. 2 bar - **134 °C:** ca. 3 bar - **150 °C:** ca. 4,7 bar - **180 °C:** ca. 10 bar - **200 °C:** ca. 15,5 bar Die Beziehung zwischen Temperatur und Druck ist nicht linear, sondern folgt der sogenannten Dampfdruckkurve von Wasser. Je höher die Temperatur, desto schneller steigt der Druck. **Wichtiger Hinweis:** Das Erhitzen von Wasser in einem geschlossenen System ist gefährlich, da der Druck sehr schnell steigen kann. Es besteht Explosionsgefahr, wenn das System nicht für solche Drücke ausgelegt ist. Weitere Informationen und eine vollständige Dampfdrucktabelle findest du z. B. hier: https://de.wikipedia.org/wiki/Dampfdruck#Dampfdrucktabelle **Fazit:** Der Druck steigt beim Erhitzen von Wasser in einem geschlossenen System sehr stark an – schon wenige Grad über 100 °C führen zu einer deutlichen Druckerhöhung.

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5,8 Watt sind genau 5,8 Watt. Die Angabe ist bereits in der Einheit Watt, daher ist keine Umrechnung nötig.

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5,8 Watt sind genau 5,8 Watt. Die Angabe ist bereits in der Einheit Watt, daher ist keine Umrechnung nötig.

Kategorie: Physik Tags: Leistung Watt Einheit

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Ein Modell des elektrischen Stroms am Beispiel von Wasser ist das sogenannte **Wasserrohrmodell**. Dabei wird der elektrische Stromfluss mit dem Fließen von Wasser durch ein Rohr verglichen: - **Elektronen** entsprechen den **Wassermolekülen**. - **Elektrischer Strom** entspricht der **Wassermenge**, die pro Sekunde durch das Rohr fließt. - **Spannung (elektrische Potenzialdifferenz)** entspricht dem **Druckunterschied** zwischen zwei Punkten im Rohr. - **Widerstand** entspricht einer **Verengung** oder einem **Hindernis** im Rohr, das den Wasserfluss bremst. **Beispiel:** Stell dir vor, du hast einen Wassertank, der über ein Rohr mit einem zweiten, tiefer gelegenen Tank verbunden ist. Öffnest du das Rohr, fließt Wasser vom oberen zum unteren Tank – je größer der Höhenunterschied (Druckunterschied), desto stärker der Wasserstrom (Stromstärke). Ist das Rohr sehr eng (hoher Widerstand), fließt weniger Wasser. Dieses Modell hilft, die Grundprinzipien des elektrischen Stroms anschaulich zu verstehen, auch wenn es nicht alle Details der Elektrizität abbildet.

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Die Ausbreitungsgeschwindigkeit von Schallwellen in Wasser beträgt etwa 1.480 Meter pro Sekunde (m/s) bei einer Wassertemperatur von 20 °C. Dieser Wert kann je nach Temperatur, Salzgehalt und... [mehr]

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Die Ausbreitungsgeschwindigkeit von Schallwellen in Wasser beträgt etwa 1.480 Meter pro Sekunde (m/s) bei einer Wassertemperatur von 20 °C. Dieser Wert kann je nach Temperatur, Salzgehalt und Druck leicht variieren. In Meerwasser liegt die Schallgeschwindigkeit typischerweise zwischen 1.450 und 1.570 m/s.

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Um diese Frage zu beantworten, fehlen noch zwei wichtige Angaben: 1. **Wieviel Energie (z. B. in Joule, Kilowattstunden oder einer anderen Einheit) steht zur Verfügung?** 2. **Was ist mit &bdquo... [mehr]

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Um diese Frage zu beantworten, fehlen noch zwei wichtige Angaben: 1. **Wieviel Energie (z. B. in Joule, Kilowattstunden oder einer anderen Einheit) steht zur Verfügung?** 2. **Was ist mit „damit“ gemeint?** (z. B. eine bestimmte Energiemenge, ein Gerät, eine Heizquelle etc.) Mit diesen Informationen kann die benötigte Wassermenge berechnet werden. Bitte präzisiere die Frage, damit eine genaue Antwort möglich ist.

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Die Begriffe „elektrische Arbeit“, „elektrische Leistung“ und „elektrische Energie“ sind eng miteinander verwandt, aber sie bedeuten nicht dasselbe: **1. Elektrisc... [mehr]

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Die Begriffe „elektrische Arbeit“, „elektrische Leistung“ und „elektrische Energie“ sind eng miteinander verwandt, aber sie bedeuten nicht dasselbe: **1. Elektrische Arbeit (W):** Sie beschreibt die Energiemenge, die durch elektrischen Strom in einer bestimmten Zeit übertragen oder umgewandelt wird. Formel: W = U × I × t (U = Spannung, I = Stromstärke, t = Zeit) Einheit: Joule (J) oder Kilowattstunde (kWh) **2. Elektrische Leistung (P):** Sie gibt an, wie viel elektrische Energie pro Zeit umgesetzt wird – also die „Geschwindigkeit“ der Energieübertragung. Formel: P = U × I Einheit: Watt (W) **3. Elektrische Energie:** Das ist die Fähigkeit eines Systems, Arbeit zu verrichten. Im Alltag wird sie oft mit der elektrischen Arbeit gleichgesetzt, da beide in Joule oder Kilowattstunden gemessen werden. Elektrische Energie ist also die gespeicherte oder übertragene Energie, während die Arbeit die tatsächlich umgesetzte Energiemenge beschreibt. **Zusammenhang:** Leistung × Zeit = Arbeit = Energie (P × t = W = E) **Kurz gesagt:** - **Leistung** ist die „Momentangröße“ (wie schnell wird Energie umgesetzt?). - **Arbeit/Energie** ist die „Gesamtmenge“ (wie viel wurde insgesamt umgesetzt?).

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Um diese Frage zu beantworten, müssen wir einige Annahmen treffen und mit physikalischen Formeln arbeiten. **Gegeben:** - Raumvolumen: 30 m³ - Anfangstemperatur: 15 °C - Brennspiritusme... [mehr]

Accepted Answer

Um diese Frage zu beantworten, müssen wir einige Annahmen treffen und mit physikalischen Formeln arbeiten. **Gegeben:** - Raumvolumen: 30 m³ - Anfangstemperatur: 15 °C - Brennspiritusmenge: 100 ml (0,1 Liter) - Brennwert von Brennspiritus (Ethanol, C₂H₅OH): ca. 29,7 MJ/kg - Dichte von Ethanol: ca. 0,789 kg/l **Schritt 1: Masse des Brennspiritus berechnen** 0,1 l × 0,789 kg/l = 0,0789 kg **Schritt 2: Energiegehalt berechnen** 0,0789 kg × 29,7 MJ/kg = 2,345 MJ = 2.345.000 Joule **Schritt 3: Energiebedarf zur Erwärmung der Luft berechnen** Spezifische Wärmekapazität von Luft: ca. 1.000 J/(kg·K) Dichte von Luft: ca. 1,2 kg/m³ Masse der Luft im Raum: 30 m³ × 1,2 kg/m³ = 36 kg Benötigte Energie für 1 K Temperaturerhöhung: 36 kg × 1.000 J/(kg·K) = 36.000 J/K **Schritt 4: Temperaturerhöhung berechnen** 2.345.000 J / 36.000 J/K ≈ 65,1 K **Ergebnis:** Theoretisch würde sich der Raum um etwa **65 Grad Celsius** erwärmen, wenn die gesamte Energie des Brennspiritus vollständig und verlustfrei an die Raumluft abgegeben wird. **Wichtige Hinweise:** - In der Praxis gibt es Verluste (Wärmeabgabe an Wände, Fenster, Abzug durch Lüftung etc.), sodass die tatsächliche Erwärmung deutlich geringer ausfällt. - Das Verbrennen von Spiritus in geschlossenen Räumen ist gefährlich (Brand- und Erstickungsgefahr)! **Quellen:** - [Brennwert Ethanol](https://de.wikipedia.org/wiki/Ethanol#Energiegehalt) - [Spezifische Wärmekapazität Luft](https://de.wikipedia.org/wiki/W%C3%A4rmekapazit%C3%A4t) - [Dichte Luft](https://de.wikipedia.org/wiki/Luft#Dichte)

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Wasseroberflächen sind immer horizontal, weil die Schwerkraft auf alle Wassermoleküle gleichmäßig nach unten wirkt. Dadurch richtet sich die Oberfläche des Wassers so aus, dass sie überall den gleichen Abstand zum Erdmittelpunkt hat – das nennt man ein „Niveau“ oder eine „Wasserwaage“. Wenn Wasser in einem Gefäß ist oder sich frei bewegen kann, verteilt es sich so, dass die Oberfläche überall gleich hoch ist. Würde die Oberfläche schief stehen, würde das Wasser aufgrund der Schwerkraft sofort in die tiefere Richtung fließen, bis wieder eine horizontale Fläche erreicht ist. Kurz gesagt: Die horizontale Wasseroberfläche ist das Ergebnis der Schwerkraft, die überall gleich stark wirkt und das Wasser immer in die tiefste mögliche Lage bringt.

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Die Leistung \( P \) berechnest du mit der Formel: \[ P = \frac{W}{t} \] Dabei ist \( W \) die verrichtete Arbeit und \( t \) die Zeit. Die Arbeit \( W \) beim Heben oder Bewegen gegen die Schwerkr... [mehr]

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Die Leistung \( P \) berechnest du mit der Formel: \[ P = \frac{W}{t} \] Dabei ist \( W \) die verrichtete Arbeit und \( t \) die Zeit. Die Arbeit \( W \) beim Heben oder Bewegen gegen die Schwerkraft berechnest du mit: \[ W = F \cdot s \] Hierbei ist \( F \) die Kraft (bei Bewegung gegen die Schwerkraft: \( F = m \cdot g \)), \( s \) die Strecke, \( m \) die Masse und \( g \) die Erdbeschleunigung (\( \approx 9{,}81\,\text{m/s}^2 \)). Setzt du alles zusammen: \[ P = \frac{m \cdot g \cdot s}{t} \] Für deine Werte: - \( m = 74\,\text{kg} \) - \( s = 19\,\text{m} \) - \( t = 23\,\text{s} \) - \( g = 9{,}81\,\text{m/s}^2 \) Einsetzen: \[ P = \frac{74 \cdot 9{,}81 \cdot 19}{23} \] \[ P \approx \frac{13790,46}{23} \] \[ P \approx 599,58\,\text{Watt} \] **Formel:** \[ P = \frac{m \cdot g \cdot s}{t} \] **Ergebnis für deine Werte:** \[ P \approx 600\,\text{Watt} \]

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Um den Brechungswinkel \(\alpha\) zu berechnen, nutzt man das **Snellius’sche Brechungsgesetz**: \[ n_1 \cdot \sin(\theta_1) = n_2 \cdot \sin(\theta_2) \] - \(n_1\): Brechungsindex der Luft (c... [mehr]

Accepted Answer

Um den Brechungswinkel \(\alpha\) zu berechnen, nutzt man das **Snellius’sche Brechungsgesetz**: \[ n_1 \cdot \sin(\theta_1) = n_2 \cdot \sin(\theta_2) \] - \(n_1\): Brechungsindex der Luft (ca. 1,0) - \(n_2\): Brechungsindex von Wasser (ca. 1,33) - \(\theta_1\): Einfallswinkel (35°) - \(\theta_2\): Brechungswinkel (\(\alpha\)) Setze die Werte ein: \[ 1,0 \cdot \sin(35^\circ) = 1,33 \cdot \sin(\alpha) \] \[ \sin(\alpha) = \frac{\sin(35^\circ)}{1,33} \] \[ \sin(35^\circ) \approx 0,574 \] \[ \sin(\alpha) = \frac{0,574}{1,33} \approx 0,432 \] \[ \alpha = \arcsin(0,432) \approx 25,6^\circ \] **Der Brechungswinkel \(\alpha\) beträgt also etwa 25,6 Grad.**