Welche Temperatur erreicht eine Wassermenge von 3 Litern, der 60 kJ Wärmemenge zugeführt wird (Anfangstemperatur 20 Grad Celsius)?

Question

Welche Temperatur erreicht eine Wassermenge von 3 Litern, der 60 kJ Wärmemenge zugeführt wird (Anfangstemperatur 20 Grad Celsius)?

Antwort

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1,6 Liter Flüssigkeit mit Anfangstemperatur 16 °C. Wie hoch ist die Endtemperatur nach 10 Minuten bei 960 W Heizleistung?

Wie berechnet man die Dichte feuchter Luft in Abhängigkeit von Temperatur, relativer Feuchte und Höhe über NN?

Wie heiß muss ein 5-kg-Eisenblock sein, um einen 30-m³-Raum von 15°C auf 25°C zu erwärmen?

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Was zeigt ein Gammaspektrometer bei 82-84 keV an?

Accepted Answer

Um die Endtemperatur einer Wassermenge zu berechnen, wenn bestimmte Wärmemenge zugeführt wird, kannst du die Formel für die spezifische Wärmekapazität verwenden: \[ Q = m \cdot c \cdot \Delta T \] Dabei ist: - \( Q \) die zugeführte Wärme (in Joule), - \( m \) die Masse des Wassers (in kg), - \( c \) die spezifische Wärmekapazität von Wasser (ca. 4,18 kJ/kg·K), - \( \Delta T \) die Temperaturänderung (in °C oder K). 1. Zuerst musst du die Masse des Wassers berechnen. Da 1 Liter Wasser etwa 1 kg wiegt, sind 3 Liter Wasser 3 kg. 2. Die zugeführte Wärme beträgt 60 kJ, was 60.000 J entspricht. 3. Setze die Werte in die Formel ein: \[ 60.000 J = 3 kg \cdot 4.180 J/(kg \cdot K) \cdot \Delta T \] 4. Um \(\Delta T\) zu berechnen, forme die Gleichung um: \[ \Delta T = \frac{60.000 J}{3 kg \cdot 4.180 J/(kg \cdot K)} \] \[ \Delta T = \frac{60.000}{12.540} \approx 4,78 K \] 5. Die Anfangstemperatur beträgt 20 °C. Die Endtemperatur \( T_{end} \) ist also: \[ T_{end} = T_{anfang} + \Delta T \] \[ T_{end} = 20 °C + 4,78 K \approx 24,78 °C \] Die Endtemperatur beträgt somit etwa 24,8 °C.

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Um die Endtemperatur der Flüssigkeit zu berechnen, kannst du die Formel für die Wärmeübertragung verwenden: \[ Q = m \cdot c \cdot \Delta T \] Dabei ist: - \( Q \) die zugefü... [mehr]

Accepted Answer

Um die Endtemperatur der Flüssigkeit zu berechnen, kannst du die Formel für die Wärmeübertragung verwenden: \[ Q = m \cdot c \cdot \Delta T \] Dabei ist: - \( Q \) die zugeführte Wärme in Joule, - \( m \) die Masse der Flüssigkeit in Kilogramm, - \( c \) die spezifische Wärmekapazität der Flüssigkeit (für Wasser etwa \( 4,18 \, \text{J/g°C} \) oder \( 4180 \, \text{J/kg°C} \)), - \( \Delta T \) die Temperaturänderung in °C. 1. **Berechnung der zugeführten Wärme \( Q \)**: Die Heizleistung beträgt 960 W, und die Zeit ist 10 Minuten (600 Sekunden). \[ Q = P \cdot t = 960 \, \text{W} \cdot 600 \, \text{s} = 576000 \, \text{J} \] 2. **Berechnung der Masse \( m \)**: Da 1 Liter Wasser etwa 1 kg wiegt, sind 1,6 Liter etwa 1,6 kg. 3. **Berechnung der Temperaturänderung \( \Delta T \)**: Setze die Werte in die Formel ein: \[ Q = m \cdot c \cdot \Delta T \] \[ 576000 \, \text{J} = 1,6 \, \text{kg} \cdot 4180 \, \text{J/kg°C} \cdot \Delta T \] Um \( \Delta T \) zu berechnen, forme die Gleichung um: \[ \Delta T = \frac{576000 \, \text{J}}{1,6 \, \text{kg} \cdot 4180 \, \text{J/kg°C}} \] \[ \Delta T = \frac{576000}{6688} \approx 86,2 \, °C \] 4. **Berechnung der Endtemperatur**: Die Anfangstemperatur beträgt 16 °C, also: \[ T_{\text{End}} = T_{\text{Anfang}} + \Delta T = 16 \, °C + 86,2 \, °C \approx 102,2 \, °C \] Die Endtemperatur der Suppe beträgt also etwa 102,2 °C.

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Die Dichte feuchter Luft (\(\rho\)) hängt von Temperatur, relativer Feuchte und dem Luftdruck (der mit der Höhe über Normalnull, NN, abnimmt) ab. Die Berechnung erfolgt in mehreren Schr... [mehr]

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Die Dichte feuchter Luft (\(\rho\)) hängt von Temperatur, relativer Feuchte und dem Luftdruck (der mit der Höhe über Normalnull, NN, abnimmt) ab. Die Berechnung erfolgt in mehreren Schritten: **1. Sättigungsdampfdruck (\(p_{ws}\)) bei Temperatur \(T\):** Formel nach Magnus (für Temperaturen zwischen 0 und 50 °C): \[ p_{ws} = 6{,}1078 \cdot 10^{\frac{7{,}5 \cdot T}{237{,}3 + T}} \] mit \(T\) in °C und \(p_{ws}\) in hPa. **2. Wasserdampfdruck (\(p_w\)) aus relativer Feuchte (\(\phi\)):** \[ p_w = \phi \cdot p_{ws} \] mit \(\phi\) als Dezimalzahl (z. B. 0,5 für 50 %). **3. Luftdruck (\(p\)) in Abhängigkeit von der Höhe (\(h\)):** Vereinfachte barometrische Höhenformel (für Höhen bis ca. 2000 m): \[ p = p_0 \cdot \left(1 - \frac{0{,}0065 \cdot h}{T_0 + 0{,}0065 \cdot h}\right)^{5{,}255} \] mit \(p_0 = 1013{,}25\) hPa (Standarddruck auf Meereshöhe), \(T_0 = 288{,}15\) K (Standardtemperatur), \(h\) in Metern. **4. Dichte feuchter Luft (\(\rho\)):** \[ \rho = \frac{p_d}{R_d \cdot T} + \frac{p_w}{R_w \cdot T} \] mit \(p_d = p - p_w\) (Partialdruck der trockenen Luft), \(R_d = 287{,}058\) J/(kg·K) (spezifische Gaskonstante trockene Luft), \(R_w = 461{,}495\) J/(kg·K) (spezifische Gaskonstante Wasserdampf), \(T\) in Kelvin. **Zusammengefasst:** 1. Temperatur in Kelvin umrechnen (\(T_{K} = T_{°C} + 273{,}15\)) 2. Sättigungsdampfdruck berechnen 3. Wasserdampfdruck berechnen 4. Luftdruck für die Höhe berechnen 5. Partialdruck der trockenen Luft bestimmen 6. Dichte mit obiger Formel berechnen **Beispiel:** - Temperatur: 20 °C - Relative Feuchte: 60 % - Höhe: 500 m 1. \(T = 293{,}15\) K 2. \(p_{ws} \approx 23{,}37\) hPa 3. \(p_w = 0{,}6 \cdot 23{,}37 = 14{,}02\) hPa 4. \(p \approx 954\) hPa 5. \(p_d = 954 - 14{,}02 = 939,98\) hPa 6. \(\rho = \frac{939,98 \times 100}{287,058 \times 293,15} + \frac{14,02 \times 100}{461,495 \times 293,15} \approx 1,13\) kg/m³ **Weitere Infos und Online-Rechner:** - [Wikipedia: Luftdichte](https://de.wikipedia.org/wiki/Luftdichte) - [Luftdichte-Rechner](https://www.wetterochs.de/wetter/luftdruck.html)

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Um diese Frage zu beantworten, müssen wir berechnen, wie viel Wärmeenergie benötigt wird, um die Luft im Raum von 15 °C auf 25 °C zu erwärmen, und dann bestimmen, auf welch... [mehr]

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Um diese Frage zu beantworten, müssen wir berechnen, wie viel Wärmeenergie benötigt wird, um die Luft im Raum von 15 °C auf 25 °C zu erwärmen, und dann bestimmen, auf welche Temperatur der Eisenblock erhitzt werden müsste, um diese Energiemenge abzugeben. **1. Benötigte Energie zum Erwärmen der Raumluft** - Raumvolumen: 30 m³ - Temperaturdifferenz: 25 °C – 15 °C = 10 K - Dichte von Luft (bei ca. 20 °C): ca. 1,2 kg/m³ - Masse der Luft: 30 m³ × 1,2 kg/m³ = 36 kg - Spezifische Wärmekapazität von Luft: ca. 1.000 J/(kg·K) Benötigte Energie: \( Q = m \cdot c \cdot \Delta T \) \( Q = 36\,\text{kg} \times 1.000\,\text{J/(kg·K)} \times 10\,\text{K} = 360.000\,\text{J} \) **2. Temperatur des Eisenblocks berechnen** - Masse Eisenblock: 5 kg - Spezifische Wärmekapazität von Eisen: ca. 450 J/(kg·K) - Endtemperatur: 25 °C (da der Block am Ende die Raumtemperatur hat) - Anfangstemperatur: \( T_\text{Anfang} \) (gesucht) Abgegebene Wärme des Eisenblocks: \( Q = m \cdot c \cdot (T_\text{Anfang} - T_\text{Ende}) \) Setze gleich: \( 5\,\text{kg} \times 450\,\text{J/(kg·K)} \times (T_\text{Anfang} - 25\,^\circ\text{C}) = 360.000\,\text{J} \) \( 2.250\,\text{J/K} \times (T_\text{Anfang} - 25) = 360.000\,\text{J} \) \( T_\text{Anfang} - 25 = \frac{360.000}{2.250} = 160 \) \( T_\text{Anfang} = 160 + 25 = 185\,^\circ\text{C} \) **Antwort:** Der Eisenblock müsste auf **185 °C** erhitzt werden, um einen Raum von 30 m³ und 15 °C auf 25 °C zu erwärmen (unter Vernachlässigung von Wärmeverlusten und idealer Durchmischung).

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Ja, es gibt eine Formel für den Energieerhaltungssatz. Der Energieerhaltungssatz besagt, dass die Gesamtenergie in einem abgeschlossenen System konstant bleibt. Die allgemeine Formel lautet: **E... [mehr]

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Ja, es gibt eine Formel für den Energieerhaltungssatz. Der Energieerhaltungssatz besagt, dass die Gesamtenergie in einem abgeschlossenen System konstant bleibt. Die allgemeine Formel lautet: **E_gesamt = konstant** Das bedeutet, dass die Summe aller Energieformen (z. B. kinetische Energie, potenzielle Energie, innere Energie) in einem abgeschlossenen System immer gleich bleibt. Für mechanische Energie (ohne Energieverluste, z. B. durch Reibung) gilt zum Beispiel: **E_kin + E_pot = konstant** wobei - **E_kin** die kinetische Energie ist: \( E_{kin} = \frac{1}{2} m v^2 \) - **E_pot** die potenzielle Energie ist: \( E_{pot} = m g h \) In Worten: Die Summe aus kinetischer und potenzieller Energie bleibt in einem abgeschlossenen System ohne äußere Einflüsse immer gleich. Mehr Informationen findest du z. B. bei [Wikipedia – Energieerhaltungssatz](https://de.wikipedia.org/wiki/Energieerhaltungssatz).

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Strom, genauer gesagt elektrischer Strom, ist die gerichtete Bewegung von elektrischen Ladungsträgern, meist Elektronen, durch einen Leiter wie zum Beispiel einen Draht. Diese Bewegung entsteht,... [mehr]

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Strom, genauer gesagt elektrischer Strom, ist die gerichtete Bewegung von elektrischen Ladungsträgern, meist Elektronen, durch einen Leiter wie zum Beispiel einen Draht. Diese Bewegung entsteht, wenn eine elektrische Spannung (also ein Unterschied im elektrischen Potenzial) zwischen zwei Punkten besteht und ein geschlossener Stromkreis vorliegt. Die Stärke des Stroms wird in Ampere (A) gemessen. Elektrischer Strom ist die Grundlage für viele technische Anwendungen, etwa das Betreiben von Lampen, Computern oder Haushaltsgeräten.

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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, da... [mehr]

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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 relative Dielektrizitätskonstante (Permittivität) eines Materials beschreibt, wie stark es ein elektrisches Feld beeinflusst bzw. wie gut es elektrische Ladungen polarisieren kann. Bei K... [mehr]

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Die relative Dielektrizitätskonstante (Permittivität) eines Materials beschreibt, wie stark es ein elektrisches Feld beeinflusst bzw. wie gut es elektrische Ladungen polarisieren kann. Bei Kunststofffolien (also polymeren Isolatoren) steigt die relative Dielektrizitätskonstante mit der Temperatur aus folgenden Gründen: 1. **Erhöhte Molekularbeweglichkeit:** Mit steigender Temperatur bewegen sich die Polymerketten und ihre Seitenketten stärker. Dadurch können sich die Dipole im Material leichter an ein äußeres elektrisches Feld anpassen und ausrichten. Das führt zu einer stärkeren Polarisierbarkeit und damit zu einer höheren Dielektrizitätskonstante. 2. **Thermische Aktivierung von Dipolen:** Bei niedrigen Temperaturen sind viele Dipole im Kunststoff "eingefroren" und können sich kaum bewegen. Mit zunehmender Temperatur werden mehr dieser Dipole beweglich und können sich am elektrischen Feld ausrichten, was die Permittivität erhöht. 3. **Reduzierte Relaxationszeiten:** Die Zeit, die ein Dipol benötigt, um sich an ein verändertes elektrisches Feld anzupassen (Relaxationszeit), nimmt mit steigender Temperatur ab. Dadurch können mehr Dipole dem Feld folgen, was die effektive Permittivität erhöht. **Grenzen:** Dieser Effekt gilt meist nur bis zu einer bestimmten Temperatur (z. B. unterhalb der Glasübergangstemperatur des Kunststoffs). Bei sehr hohen Temperaturen kann die Permittivität auch wieder abnehmen, etwa wenn der Kunststoff schmilzt oder sich zersetzt. **Zusammengefasst:** Die relative Dielektrizitätskonstante von Kunststofffolien steigt mit der Temperatur, weil die Moleküle beweglicher werden und sich besser am elektrischen Feld ausrichten können.

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Ja, in diesem Fall kann Zugluft entstehen. Wenn zwei Räume deutlich unterschiedliche Temperaturen haben (z. B. 25 °C und 15 °C) und die Tür zwischen ihnen offen steht, kommt es zu ei... [mehr]

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Ja, in diesem Fall kann Zugluft entstehen. Wenn zwei Räume deutlich unterschiedliche Temperaturen haben (z. B. 25 °C und 15 °C) und die Tür zwischen ihnen offen steht, kommt es zu einem Luftaustausch. Warme Luft ist leichter und steigt auf, während kalte Luft schwerer ist und nach unten sinkt. Dadurch entsteht eine Luftbewegung: Die warme Luft aus dem wärmeren Raum strömt oben in den kühleren Raum, während die kältere Luft unten in den wärmeren Raum fließt. Diese Luftbewegung wird als Zugluft wahrgenommen, besonders wenn der Temperaturunterschied so groß ist.

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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]

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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 (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.**

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In einem Gammaspektrometer wird die Energie von detektierten Gammastrahlen gemessen und als Spektrum dargestellt. Wenn im Bereich von 82–84 keV ein Peak angezeigt wird, bedeutet das, dass Gammas... [mehr]

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In einem Gammaspektrometer wird die Energie von detektierten Gammastrahlen gemessen und als Spektrum dargestellt. Wenn im Bereich von 82–84 keV ein Peak angezeigt wird, bedeutet das, dass Gammastrahlen mit dieser Energie vom Detektor registriert wurden. Solche Energien sind charakteristisch für bestimmte radioaktive Isotope oder Prozesse. Ein bekannter Gammastrahler in diesem Energiebereich ist beispielsweise das Isotop **Blei-203 (Pb-203)**, das eine Gammaenergie von etwa 82 keV aussendet. Auch das Isotop **Thallium-201 (Tl-201)**, das in der Nuklearmedizin verwendet wird, hat eine charakteristische Gammastrahlung bei etwa 80 keV. Die genaue Identifikation hängt jedoch vom Kontext ab (z. B. welche Proben gemessen werden, welche Isotope erwartet werden). Das Spektrometer zeigt also an, dass in deiner Probe ein oder mehrere Radionuklide vorhanden sind, die Gammastrahlen mit einer Energie von 82–84 keV emittieren. **Zusammengefasst:** Im Bereich 82–84 keV zeigt das Gammaspektrometer an, dass Gammastrahlen mit dieser Energie detektiert wurden. Das weist auf das Vorhandensein eines oder mehrerer Isotope hin, die solche Gammastrahlen aussenden. Für eine genaue Zuordnung ist eine Referenz zu bekannten Gammastrahlern notwendig.