Wärmeübertragung und Klimawirkung

Thermal Energy Transfer and Climate

Physik Klasse 9 17 Aufgaben
WärmelehreWärmeübertragungKlimaTreibhauseffekt

Thermische Energie wird auf drei Wegen übertragen: Wärmeleitung (der Metalllöffel im Tee wird heiß), Konvektion (aufsteigende Heizungsluft, der Golfstrom) und Wärmestrahlung (die Sonne heizt durchs Fensterglas, ohne Materie dazwischen). Wie viel Energie ein Stoff je Grad aufnimmt, gibt die spezifische Wärmekapazität c an; Wärmebilanzen folgen aus Q = c·m·ΔT. Der Treibhauseffekt ist eine Anwendung mit Tragweite: Die Erde strahlt die aufgenommene Sonnenenergie wieder ab, doch Treibhausgase behindern diese Abstrahlung im Infraroten und erwärmen so die Oberfläche. Daraus leiten sich die Maßnahmen des Klimaschutzes ab.

Voraussetzungen (2)

Wärme und Temperatur – Teilchenmodell
Klasse 9
›
Energieerhaltung
Klasse 9
›
Leicht
Multiple Choice #1 20s ▶ Testen

Welche drei Arten der Wärmeübertragung gibt es?

  • ● Wärmeleitung, Konvektion und Wärmestrahlung
  • ○ Wärmeleitung, Verdunstung und Kondensation
  • ○ Konvektion, Diffusion und Osmose
  • ○ Strahlung, Reflexion und Absorption
Wärme kann auf drei Arten übertragen werden: Wärmeleitung (durch direkten Kontakt), Konvektion (durch Strömung eines Fluids) und Wärmestrahlung (durch elektromagnetische Wellen).
Lückentext #2 15s ▶ Testen

Die physikalische Größe, die angibt, wie viel Energie nötig ist, um 1 kg eines Stoffes um 1 K zu erwärmen, heißt spezifische ___.

✓ Antwort: Wärmekapazität
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).
Wahr / Falsch #3 15s ▶ Testen

Wärmeleitung funktioniert auch im Vakuum.

✓ Falsch
Falsch! Wärmeleitung benötigt ein Medium (Stoff), durch das die Teilchen ihre Bewegungsenergie weitergeben. Im Vakuum gibt es keine Teilchen, daher keine Wärmeleitung.
Multiple Choice #4 15s ▶ Testen

Wie gelangt die Sonnenwärme zur Erde?

  • ○ Wärmeleitung
  • ○ Konvektion
  • ● Wärmestrahlung
  • ○ Wärmeleitung und Konvektion
Zwischen Sonne und Erde ist Vakuum. Nur Wärmestrahlung (elektromagnetische Strahlung) kann sich im Vakuum ausbreiten.
Multiple Choice #5 20s ▶ Testen

Was ist Konvektion?

  • ● Wärmetransport durch Strömung eines Gases oder einer Flüssigkeit
  • ○ Wärmetransport durch direkten Kontakt fester Körper
  • ○ Wärmetransport durch elektromagnetische Strahlung
  • ○ Wärmetransport durch chemische Reaktionen
Bei der Konvektion wird Wärme durch die Bewegung eines Fluids (Gas oder Flüssigkeit) transportiert. Warme Luft steigt auf, kalte sinkt ab – das erzeugt Konvektionsströmungen.
Wahr / Falsch #6 15s ▶ Testen

Der Treibhauseffekt ist grundsätzlich schädlich für das Leben auf der Erde.

✓ Falsch
Falsch! Der natürliche Treibhauseffekt ist lebensnotwendig – ohne ihn wäre die Erde ca. -18 °C kalt. Problematisch ist der verstärkte (anthropogene) Treibhauseffekt durch zusätzliche Treibhausgase.
Multiple Choice #7 15s ▶ Testen

Welches Gas trägt am stärksten zum anthropogenen (menschengemachten) Treibhauseffekt bei?

  • ○ Sauerstoff
  • ○ Stickstoff
  • ● Kohlenstoffdioxid (CO₂)
  • ○ Argon
CO₂ ist das wichtigste anthropogene Treibhausgas. Es entsteht bei der Verbrennung fossiler Brennstoffe (Kohle, Öl, Gas) und hat seit der Industrialisierung stark zugenommen.
Wahr / Falsch #8 15s ▶ Testen

Wärme fließt immer von Körpern mit höherer Temperatur zu Körpern mit niedrigerer Temperatur.

✓ Wahr
Richtig! Wärme fließt stets vom wärmeren zum kälteren Körper, bis ein Temperaturausgleich stattgefunden hat. Ein Temperaturunterschied ist die Ursache für den Energiestrom.
Lückentext #9 15s ▶ Testen

Die Formel zur Berechnung der Wärmeenergie lautet: Q = m · c · ___.

✓ Antwort: ΔT
Q = m · c · ΔT. Die zugeführte Wärme hängt von der Masse m, der spezifischen Wärmekapazität c und der Temperaturdifferenz ΔT ab.
Multiple Choice #10 15s ▶ Testen

Welche Maßnahme hilft NICHT, den persönlichen CO₂-Fußabdruck zu verringern?

  • ● Mehr Fleisch essen
  • ○ Öffentliche Verkehrsmittel nutzen
  • ○ Gebäude besser isolieren
  • ○ Erneuerbare Energien nutzen
Die Fleischproduktion (besonders Rind) verursacht hohe CO₂- und Methan-Emissionen. Weniger Fleisch essen hilft den CO₂-Fußabdruck zu senken.
Mittel
Zahleneingabe #1 30s ▶ Testen

Wie viel Energie braucht man, um 2 kg Wasser um 10 °C zu erwärmen? (c_Wasser = 4200 J/(kg·K), Antwort in Kilojoule)

✓ Antwort: 84
E = m · c · ΔT = 2 kg · 4200 J/(kg·K) · 10 K = 84.000 J = 84 kJ.
Lückentext #2 15s ▶ Testen

Der natürliche Treibhauseffekt sorgt dafür, dass die Erde im Durchschnitt etwa ___ °C warm ist statt -18 °C.

✓ Antwort: 15
Ohne Treibhauseffekt wäre die mittlere Erdtemperatur ca. -18 °C. Der natürliche Treibhauseffekt durch CO₂, H₂O und andere Gase erhöht sie auf ca. +15 °C.
Multiple Choice #3 25s ▶ Testen

Was versteht man unter dem Strahlungsgleichgewicht der Erde?

  • ● Die Erde strahlt genau so viel Energie ab, wie sie von der Sonne empfängt
  • ○ Die Erde reflektiert alle Sonnenstrahlung
  • ○ Die Erde absorbiert alle Strahlung ohne Abgabe
  • ○ Die Sonne strahlt immer gleich viel
Im Strahlungsgleichgewicht ist die absorbierte Sonnenenergie gleich der von der Erde ins All abgestrahlten Energie. Die Durchschnittstemperatur bleibt dann konstant.
Zahleneingabe #4 25s ▶ Testen

Wie viel Energie ist nötig, um 0,5 kg Eisen um 20 °C zu erwärmen? (c_Eisen = 450 J/(kg·K), Antwort in Joule)

✓ Antwort: 4500
E = m · c · ΔT = 0,5 · 450 · 20 = 4500 J.
Multiple Choice #5 20s ▶ Testen

Warum trägt man im Winter mehrere dünne Kleidungsschichten statt einer dicken?

  • ● Luftschichten zwischen den Schichten isolieren, weil Luft schlecht Wärme leitet
  • ○ Mehrere Schichten reflektieren die Körperwärme
  • ○ Dünne Stoffe speichern mehr Energie
  • ○ Mehrere Schichten erzeugen mehr Wärme
Ruhende Luft ist ein schlechter Wärmeleiter. Die Luftschichten zwischen den Kleidungsschichten wirken als Isolierung und verringern den Wärmeverlust des Körpers.
Zahleneingabe #6 35s ▶ Testen

500 g Wasser werden von 20 °C auf 80 °C erwärmt. Wie viel Energie wird benötigt? (c = 4200 J/(kg·K), Antwort in kJ)

✓ Antwort: 126
E = m · c · ΔT = 0,5 kg · 4200 J/(kg·K) · 60 K = 126.000 J = 126 kJ.
Zahleneingabe #7 25s ▶ Testen

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)

✓ Antwort: 90
E = m · c · ΔT = 1 · 900 · 100 = 90.000 J = 90 kJ.