Wärmeübertragung und Klimawirkung
Welche drei Arten der Wärmeübertragung gibt es?
Erklärung: Wärme kann auf drei Arten übertragen werden: Wärmeleitung (durch direkten Kontakt), Konvektion (durch Strömung eines Fluids) und Wärmestrahlung (durch elektromagnetische Wellen).
Die physikalische Größe, die angibt, wie viel Energie nötig ist, um 1 kg eines Stoffes um 1 K zu erwärmen, heißt spezifische ___.
Erklärung: Die spezifische Wärmekapazität c gibt an, wie viel Energie man benötigt, um 1 kg eines Stoffes um 1 K (1 °C) zu erwärmen. Wasser hat z. B. c = 4190 J/(kg·K).
Wie viel Energie braucht man, um 2 kg Wasser um 10 °C zu erwärmen? (c_Wasser = 4200 J/(kg·K), Antwort in Kilojoule)
Erklärung: E = m · c · ΔT = 2 kg · 4200 J/(kg·K) · 10 K = 84.000 J = 84 kJ.
Wärmeleitung funktioniert auch im Vakuum.
Erklärung: Falsch! Wärmeleitung benötigt ein Medium (Stoff), durch das die Teilchen ihre Bewegungsenergie weitergeben. Im Vakuum gibt es keine Teilchen, daher keine Wärmeleitung.
Wie gelangt die Sonnenwärme zur Erde?
Erklärung: Zwischen Sonne und Erde ist Vakuum. Nur Wärmestrahlung (elektromagnetische Strahlung) kann sich im Vakuum ausbreiten.
Was ist Konvektion?
Erklärung: Bei der Konvektion wird Wärme durch die Bewegung eines Fluids (Gas oder Flüssigkeit) transportiert. Warme Luft steigt auf, kalte sinkt ab – das erzeugt Konvektionsströmungen.
Der natürliche Treibhauseffekt sorgt dafür, dass die Erde im Durchschnitt etwa ___ °C warm ist statt -18 °C.
Erklärung: Ohne Treibhauseffekt wäre die mittlere Erdtemperatur ca. -18 °C. Der natürliche Treibhauseffekt durch CO₂, H₂O und andere Gase erhöht sie auf ca. +15 °C.
Der Treibhauseffekt ist grundsätzlich schädlich für das Leben auf der Erde.
Erklärung: Falsch! Der natürliche Treibhauseffekt ist lebensnotwendig – ohne ihn wäre die Erde ca. -18 °C kalt. Problematisch ist der verstärkte (anthropogene) Treibhauseffekt durch zusätzliche Treibhausgase.
Welches Gas trägt am stärksten zum anthropogenen (menschengemachten) Treibhauseffekt bei?
Erklärung: CO₂ ist das wichtigste anthropogene Treibhausgas. Es entsteht bei der Verbrennung fossiler Brennstoffe (Kohle, Öl, Gas) und hat seit der Industrialisierung stark zugenommen.
Was versteht man unter dem Strahlungsgleichgewicht der Erde?
Erklärung: Im Strahlungsgleichgewicht ist die absorbierte Sonnenenergie gleich der von der Erde ins All abgestrahlten Energie. Die Durchschnittstemperatur bleibt dann konstant.
Wie viel Energie ist nötig, um 0,5 kg Eisen um 20 °C zu erwärmen? (c_Eisen = 450 J/(kg·K), Antwort in Joule)
Erklärung: E = m · c · ΔT = 0,5 · 450 · 20 = 4500 J.
Wärme fließt immer von Körpern mit höherer Temperatur zu Körpern mit niedrigerer Temperatur.
Erklärung: Richtig! Wärme fließt stets vom wärmeren zum kälteren Körper, bis ein Temperaturausgleich stattgefunden hat. Ein Temperaturunterschied ist die Ursache für den Energiestrom.
Warum trägt man im Winter mehrere dünne Kleidungsschichten statt einer dicken?
Erklärung: Ruhende Luft ist ein schlechter Wärmeleiter. Die Luftschichten zwischen den Kleidungsschichten wirken als Isolierung und verringern den Wärmeverlust des Körpers.
Die Formel zur Berechnung der Wärmeenergie lautet: Q = m · c · ___.
Erklärung: Q = m · c · ΔT. Die zugeführte Wärme hängt von der Masse m, der spezifischen Wärmekapazität c und der Temperaturdifferenz ΔT ab.
500 g Wasser werden von 20 °C auf 80 °C erwärmt. Wie viel Energie wird benötigt? (c = 4200 J/(kg·K), Antwort in kJ)
Erklärung: E = m · c · ΔT = 0,5 kg · 4200 J/(kg·K) · 60 K = 126.000 J = 126 kJ.
Welche Maßnahme hilft NICHT, den persönlichen CO₂-Fußabdruck zu verringern?
Erklärung: Die Fleischproduktion (besonders Rind) verursacht hohe CO₂- und Methan-Emissionen. Weniger Fleisch essen hilft den CO₂-Fußabdruck zu senken.
Wie viel Energie braucht man, um 1 kg Aluminium von 20 °C auf 120 °C zu erwärmen? (c_Alu = 900 J/(kg·K), Antwort in kJ)
Erklärung: E = m · c · ΔT = 1 · 900 · 100 = 90.000 J = 90 kJ.