15 Beispiele für Fragen zu Temperatur und Wärme
Thermometerkalibrierung
1. Das kalibrierte Thermometer X zeigt -30 an.o am Gefrierpunkt von Wasser und 90o am Siedepunkt von Wasser. Temperatur 60oX ist gleich …
Ein 20 oC
B. 45 oC
C. 50 oC
D. 75 oC
E. 80 oC
Diskussion
Es ist bekannt, dass:
Gefrierpunkt von Wasser auf dem Thermometer X = -30o
Der Siedepunkt von Wasser auf dem Thermometer X = 90o
Gefragt: 60oX = ….. oC
Antwort:
Auf der Fahrenheit-Skala liegt der Gefrierpunkt von Wasser bei 32.oF und der Siedepunkt von Wasser beträgt 212oF. Zwischen dem Gefrierpunkt und dem Siedepunkt von Wasser besteht ein Unterschied von 212.o - 32o = 180o.
Auf der Celsius-Skala liegt der Gefrierpunkt von Wasser bei 0.oC und der Siedepunkt von Wasser beträgt 100oC. Zwischen dem Gefrierpunkt und dem Siedepunkt von Wasser besteht ein Unterschied von 100°C.o - 0o = 100o.
Auf der X-Skala liegt der Gefrierpunkt von Wasser bei -30.oX und der Siedepunkt von Wasser beträgt 90oX. Zwischen dem Gefrierpunkt und dem Siedepunkt von Wasser besteht ein Unterschied von 90.o – (-30o) = 90o + 30o = 120o.
X-Skala in Celsius-Skala umrechnen:
Die richtige Antwort ist D.
Pemuaian
2. Ein Metallstab wird auf eine Temperatur von 80 erhitzt.oDie Länge C beträgt 115 cm. Wenn der lineare Ausdehnungskoeffizient des Metalls 3.10 beträgt.-3 oC-1 und die Anfangstemperatur des Metalls beträgt 30oC, dann beträgt die anfängliche Länge des Metalls….
A. 100 cm
B. 101,5 cm
Ca. 102 cm
D. 102,5 cm
E. 103 cm
Diskussion
Es ist bekannt, dass:
Anfangstemperatur (T1) = 30oC
Endtemperatur (T2) = 80oC
Temperaturänderung (ΔT) = 80oC - 30oC = 50oC
Der lineare Ausdehnungskoeffizient von Metall (α) beträgt 3.10.-3 oC-1
Endgültige Metalllänge (L) = 115 cm
Gefragt: Die anfängliche Länge des Metalls (Lo)
Antwort:
Formel zur Längenausdehnung:
Die richtige Antwort ist A.
3. Ein Messingstab ist anfänglich 40 cm lang. Beim Erhitzen auf eine Temperatur von 80oDie Länge C beträgt 40,04 cm. Wenn der lineare Ausdehnungskoeffizient von Messing 2,0 x 10 beträgt.-5 oC-1 Die Anfangstemperatur des Messingstabs beträgt also….
Ein 20 oC
B. 22 oC
C. 25 oC
D. 30 oC
E. 50 oC
Diskussion
Es ist bekannt, dass:
Endtemperatur (T2) = 80oC
Anfangslänge (Lo) = 40cm
Endlänge (L) = 40,04 cm
Längenzunahme (ΔL) = 40,04 cm – 40 cm = 0,04 cm
Der lineare Ausdehnungskoeffizient von Messing (α) beträgt 2,0 x 10-5 oC-1
Gefragt: Anfangstemperatur (T1)
Antwort:
Formel zur Metallausdehnung:
0,04 = (2,0 x 10-5)(40)(80 – T1)
0,04 = (80 x 10-5)(80 – T1)
0,04 = 0,0008 (80 – T1)
0,04 = 0,064 – 0,0008 T1
0,0008 T1 = 0,064 - 0,040
0,0008 T1 = 0,024
T1 = 30oC
Die richtige Antwort ist D.
Wärmeübertragung durch Wärmeleitung
4. Metallstäbe gleicher Größe, aber aus unterschiedlichen Metallen, werden wie in der Abbildung unten gezeigt verbunden. Wenn die Wärmeleitfähigkeit von Metall I viermal so groß ist wie die von Metall II, dann beträgt die Temperatur an der Verbindungsstelle der beiden Metalle…
Ein 450 C
B. 400 C
C. 350 C
D. 300 C
E. 250 C
Diskussion
Es ist bekannt, dass:
Gleiche Stielgröße
Wärmeleitfähigkeit des Metalls I = 4k
Wärmeleitfähigkeit des Metalls II = k
Metallspitzentemperatur I = 500 C
Metallspitzentemperatur II = 00 C
Gefragt: Temperatur an der Grenzfläche der beiden Metalle
Antwort:
Die Formel für die Wärmeübertragungsrate durch Wärmeleitung:
Beschreibung: Q/t = Wärmestromdichte, k = Wärmeleitfähigkeit, A = Oberfläche, T1-T2 = Temperaturänderung, l = Länge des Stabes
Temperatur an der Grenzfläche P und Q:
Da zwei Metallstäbe A und B die gleiche Größe haben, können die Oberfläche (A) und die Länge (l) der Stäbe aus der Gleichung entfernt werden.
Die richtige Antwort ist B.
5. Beachten Sie die folgende Aussage!
(1) Metallleitfähigkeit
(2) Die Temperaturdifferenz zwischen den Metallenden
(3) Länge des Metalls
(4) Metallmasse
Die Faktoren, die die Wärmeleitungsgeschwindigkeit in Metallen bestimmen, sind...
A. (1), (2) und (3)
B. (1) und (4)
C. (2) und (4)
D. (3) und (4)
E. (4) nur
Diskussion
Gemäß der Formel für die Wärmeleitungsrate bestimmen die Wärmeleitungsrate die Wärmeleitfähigkeit des Metalls (k), die Temperaturdifferenz zwischen den Enden des Metalls (T) und die Länge des Metalls (l). Die Masse des Metalls hat keinen Einfluss.
Die richtige Antwort ist A.
6. Zwei gleich große PQ-Stäbe aus unterschiedlichen Metallen sind wie in der Abbildung unten dargestellt miteinander verbunden. Wenn der Wärmeleitkoeffizient P doppelt so groß ist wie der Wärmeleitkoeffizient Q, dann beträgt die Temperatur an der Grenzfläche zwischen P und Q...
A. 84°C
B. 78°C
C. 72°C
D. 70°C
E. 90°C
Diskussion
Es ist bekannt, dass:
PQ-Stäbe haben die gleiche Größe.
Wärmeleitkoeffizient des Metalls P (kP) = 2k
Wärmeleitkoeffizient des Metalls Q (kQ) = k
Gefragt: Temperatur an der Grenzfläche P und Q
Antwort:
Die Formel für die Wärmeübertragungsrate durch Wärmeleitung:
Beschreibung: Q/t = Wärmestromdichte, k = Wärmeleitfähigkeit, A = Oberfläche, T1-T2 = Temperaturänderung, l = Länge des Stabes
Temperatur an der Grenzfläche P und Q:
Da die Stäbe PQ die gleiche Größe haben, entfallen A und l aus der Gleichung.
Es gibt keine richtige Antwort.
Formularänderung
7. 1 kg Eis bei einer Temperatur von 0 oC wurde mit 0,5 kg Wasser bei der Temperatur 0 vermischt. oC, dann…
A. Ein Teil des Wassers gefriert.
B. Ein Teil des Eises schmilzt
C. Das gesamte Eis schmilzt
D. Das gesamte Wasser gefriert.
E. Die Masse des Eises im Wasser bleibt konstant.
Diskussion
Das Wort Eis bezeichnet Wasser in fester Form, während das Wort Wasser Wasser in flüssiger Form bezeichnet.
Bei einer Temperatur von 0oEis ändert seinen Aggregatzustand von fest zu flüssig. Damit das Eis diesen Zustand ändern kann, muss es Wärme aufnehmen. Da Eis mit Wasser vermischt wird, müsste es Wärme vom Wasser aufnehmen. Die Wassertemperatur beträgt jedoch ebenfalls 0 °C.oC, sodass das Eis keine Wärme aufnehmen kann. Daher bleibt die Masse des Eises im Wasser konstant.
Die richtige Antwort ist E.
Schwarzes Prinzip
8. In einem Eisengefäß mit einer Masse von 200 Gramm befinden sich 100 Gramm Öl bei einer Temperatur von 20 °C. oC. 50 Gramm Eisen mit einer Temperatur von 75 werden in das Gefäß gegeben. oC. Wenn die Temperatur des Gefäßes um 5 steigtoC und spezifische Wärme Öl = 0,43 kcal/g oBei C beträgt die spezifische Wärmekapazität von Eisen...
A. 0,143 cal/g oC
B. 0,098 cal/g oC
C. 0,084 cal/g oC
D. 0,075 cal/g oC
E. 0,064 cal/g oC
Diskussion
Es ist bekannt, dass:
Masse des Eisengefäßes (m) = 200 g
Anfangstemperatur des Eisengefäßes (T)1) = 20oC
Das Öl befindet sich in dem Eisengefäß, sodass die Temperatur des Öls der Temperatur des Eisengefäßes entspricht.
Endtemperatur des Eisengefäßes (T)2) = 20oC+5oC = 25oC
Masse des Öls (m) = 100 Gramm
Spezifische Wärmekapazität von Öl (c<sub>Öl</sub>) = 0,43 cal/g oC
Anfangsöltemperatur (T1) = 20oC
Das Öl befindet sich im Gefäß, sodass es sich im thermischen Gleichgewicht mit dem Eisengefäß befindet. Wenn die Endtemperatur des Eisengefäßes also 25 beträgt,oC dann beträgt die Endtemperatur des Öls 25oC.
Endgültige Öltemperatur (T2) = 20oC+5oC = 25oC
Masse des Eisens (m) = 50 Gramm
Anfangstemperatur des Eisens (T1) = 75oC
Eisen befindet sich in einem Gefäß in Öl, sodass das Eisen mit dem Öl und dem Gefäß im thermischen Gleichgewicht steht. Wenn die Endtemperatur des Gefäßes also 25 °C beträgt, …oC, dann beträgt die Endtemperatur des Eisens 25oC.
Gefragt: Spezifische Wärmekapazität von Eisen (c Eisen)
Antwort:
Von Eisen freigesetzte Wärme:
Q = mc ΔT = (50)(c)(75-25) = (50)(c)(50) = 2500c Kalorien
Vom Eisengefäß aufgenommene Wärme:
Q = mc ΔT = (200)(c)(25-20) = (200)(c)(5) = 1000c Kalorien
Vom Öl aufgenommene Wärme:
Q = mc ΔT = (100)(0,43)(25-20) = (43)(5) = 215 Kalorien
Das Black-Prinzip besagt, dass in einem geschlossenen, isolierten System die von einem Objekt hoher Temperatur abgegebene Wärme von einem Objekt niedriger Temperatur absorbiert wird.
Freigesetzte Menge = Aufgenommene Menge
2500c = 1000c + 215
2500c – 1000c = 215
1500c = 215
c = 215/1500
c = 0,143 cal/g oC
Die richtige Antwort ist A.
9. Ein Glas mit 200 Gramm Wasser bei einer Temperatur von 20 °C wird mit 50 Gramm Eis bei einer Temperatur von -2 °C gefüllt. Findet nur ein Wärmeaustausch zwischen Wasser und Eis statt, so ergibt sich nach Erreichen des Gleichgewichts Folgendes: (c<sub>Wasser</sub> = 1 cal/g°C; c<sub>Eis</sub>)es = 0,5 cal/g°C; L = 80 cal/g)
A. Das gesamte Eis schmilzt und die Temperatur liegt über 0 °C.
B. Das gesamte Eis schmilzt und die Temperatur beträgt 0 °C.
C. Nicht das gesamte Eis schmilzt und die Temperatur beträgt 0 °C.
D. Die Temperatur des gesamten Systems liegt unter 0 °C.
E. Ein Teil des Wassers gefriert und die Systemtemperatur beträgt 0 °C.
Diskussion
Es ist bekannt, dass:
Wassermasse (mLuft) = 200 Gramm
Wassertemperatur (TLuft) = 20oC
Spezifische Wärmekapazität von Wasser (cLuft) = 1 cal/gr°C
Eismasse (mes) = 50 Gramm
Eistemperatur (Tes) = -2oC
Spezifische Wärmekapazität von Eis (c)es) = 0,5 cal/gr°C
Schmelzwärme von Wasser (L) = 80 cal/g
Antwort:
Wärme, um die Temperatur von Eis von -2 zu erhöhenoC bis 0oC:
Q = mc ΔT
Q = (50 Gramm)(0,5 cal/gr°C)(0oC – (-2oC))
Q = (50)(0,5 cal)(2)
Q = 50 Kalorien
Hitze, um das gesamte Eis zu Wasser zu schmelzen:
Q = m L = (50 Gramm)(80 Kalorien/Gramm) = 4000 Kalorien
Wärme, um die Temperatur des gesamten Wassers von 20 zu senkenoC bis 0oC:
Q = mc ΔT
Q = (200 Gramm)(1 cal/gr°C)(0oC – (20oC))
Q = (200)(1 cal)(-20)
Q = -4000 Kalorien
Ein positives Vorzeichen bedeutet, dass Wärme zugeführt wird, ein negatives Vorzeichen bedeutet, dass Wärme abgegeben wird.
Wärme, um die Temperatur von Eis auf 0 zu erhöhenoC entspricht 50 Kalorien, und die zum Schmelzen des gesamten Eises benötigte Wärmemenge beträgt 4000 Kalorien. Die insgesamt zum Schmelzen des gesamten Eises benötigte Wärmemenge beträgt also 4050 Kalorien. Die verfügbare Wärmemenge entspricht der vom Wasser freigesetzten Wärmemenge von 4000 Kalorien.
Daraus lässt sich schließen, dass die verfügbare Wärme nicht ausreicht, um das gesamte Eis zu Wasser zu schmelzen. Der größte Teil des Eises ist geschmolzen, ein kleiner Teil jedoch nicht. Dieses Wasser und das verbleibende Eis haben eine Temperatur von 0 °C.oC.
Die richtige Antwort ist C.
10. Ein Stück Aluminium mit einem Gewicht von 200 Gramm bei einer Temperatur von 20oC wird in ein Gefäß mit Wasser mit einer Masse von 100 Gramm und einer Temperatur von 80 gegeben.oC. Wenn die spezifische Wärmekapazität von Aluminium bekanntermaßen 0,22 cal/g beträgt oC und die spezifische Wärmekapazität von Wasser beträgt 1 cal/g oC, dann liegt die Endtemperatur von Aluminium nahe bei…
Ein 20oC
B. 42oC
C. 62oC
D. 80oC
E. 100oC
Diskussion
Ist bekannt :
Masse des Aluminiums = 200 Gramm
Aluminiumtemperatur = 20oC
Masse des Wassers = 100 Gramm
Wassertemperatur = 80oC
Spezifische Wärmekapazität von Aluminium = 0,22 cal/g oC
Spezifische Wärmekapazität von Wasser = 1 cal/g oC
Gefragt : Endtemperatur des Aluminiums
Jawab :
Da sich das Aluminium im Wasser befindet, entspricht die Endtemperatur des Aluminiums der Endtemperatur des Wassers.
Die vom Wasser mit der höheren Temperatur abgegebene Wärme (Q<sub>abgelassen</sub>) entspricht der vom Aluminium mit der niedrigeren Temperatur aufgenommenen Wärme (Q<sub>aufgenommen</sub>).
mLuft c (ΔT) = mAluminium c (ΔT)
(100)(1)(80 – T) = (200)(0,22)(T – 20)
(100)(80 – T) = (44)(T – 20)
8000 – 100T = 44T – 880
8000 + 880 = 44T + 100T
8880 = 144T
T = 62oC
Die richtige Antwort ist C.
11. Eine 50 g schwere Münze mit einer Temperatur von 85 °C wird in 50 g Wasser mit einer Temperatur von 29,8 °C eingetaucht (spezifische Wärmekapazität von Wasser = 1 cal/g). -1 °C-1 Beträgt die Endtemperatur 37 °C und nimmt der Behälter keine Wärme auf, so ist die spezifische Wärmekapazität des Metalls…
A. 0,15 cal.g -1 °C-1
B. 0,30 cal.g -1 °C-1
C. 1,50 cal.g -1 °C-1
D. 4,8 cal.g -1 °C-1
E. 7,2 cal.g -1 °C-1
Diskussion
Ist bekannt :
Masse des Metalls (manmelden) = 50 Gramm
Metalltemperatur = 85oC
Wassermasse (mLuft) = 50 Gramm
Wassertemperatur = 29,8oC
Spezifische Wärmekapazität von Wasser (cLuft) = 1 cal.g -1 °C-1
Endtemperatur des Gemisches = 37oC
Gefragt : spezifische Wärmekapazität des Metalls (c Metall)
Jawab :
Die vom Metall mit der höheren Temperatur abgegebene Wärme (Q<sub>abgegeben</sub>) entspricht der vom Wasser mit der niedrigeren Temperatur aufgenommenen Wärme (Q<sub>aufgenommen</sub>).
manmelden c (ΔT) = mLuft c (ΔT)
(50)(c)(85 – 37) = (50)(1)(37 – 29,8)
(c)(85 – 37) = (1)(37 – 29,8)
48 c = 7,2
c = 0,15 cal.g -1 °C-1
Die richtige Antwort ist A.
12. Ein 50 Gramm schwerer Eiswürfel mit einer Temperatur von 0 °C wird in 200 Gramm Wasser mit einer Temperatur von 30 °C in einem speziellen Behälter getaucht. Der Behälter absorbiert keine Wärme. Die spezifische Wärmekapazität von Wasser beträgt 1 cal/g.- 1 ° C -1 Die Schmelzwärme von Eis beträgt 80 cal/g. -1Die Endtemperatur des Gemisches beträgt dann….
A. 5°C
B. 8°C
C. 11°C
D. 14°C
E. 17°C
Diskussion
Ist bekannt :
Eismasse (mes) = 50 Gramm
Eistemperatur = 0°C
Wassermasse (mLuft) = 200 Gramm
Wassertemperatur = 30oC
Spezifische Wärmekapazität von Wasser (cLuft) = 1 cal.g- 1 ° C -1
Schmelzwärme von Eis (Les) = 80 cal.g -1
Gefragt : Endtemperatur des Gemisches
Jawab :
Schätzen Sie zunächst den Endzustand ab:
Die Wärme, die Wasser freisetzt, um seine Temperatur von 30 Grad zu senkenoC bis 0oC:
Qlepas = mLuft cLuft (ΔT) = (200)(1)(30-0) = (200)(30) = 6000
Die zum Schmelzen des gesamten Eises benötigte Wärmemenge:
Qschmelzen = mes Les = (50)(80) = 4000
Die zum Schmelzen des gesamten Eises benötigte Wärmemenge beträgt nur 4000 K, während 6000 K zur Verfügung stehen. Daraus lässt sich schließen, dass die Endtemperatur des Gemisches über 0 °C liegt.oC.
Schwarzes Prinzip :
Die vom Wasser freigesetzte Wärme entspricht der Wärmemenge, die zum Schmelzen des gesamten Eises benötigt wird, plus der Wärmemenge, die zum Erhitzen des Eiswassers benötigt wird.
(mLuft)(CLuft)(ΔT) = (mes)(Les) + (mes)(CLuft)(ΔT)
(200)(1)(30-T) = (50)(80) + (50)(1)(T-0)
(200)(30-T) = (50)(80) + (50)(T-0)
6000 – 200T = 4000 + 50T – 0
6000 – 4000 = 50T + 200T
2000 = 250T
T = 2000/250
T = 8oC
Die richtige Antwort ist B.
Zustandsänderungen der Materie
13. Die folgende Grafik zeigt den Zusammenhang zwischen Temperatur (T) und der einem Gramm Feststoff zugeführten Wärmemenge (Q). Die Verdampfungswärme des Feststoffs beträgt…
A. 60 Kalorien/Gramm
B. 70 Kalorien/Gramm
C. 80 Kalorien/Gramm
D. 90 Kalorien/Gramm
E. 100 Kalorien/Gramm
Diskussion:
Die Verdampfungswärme ist die Wärmemenge, die von 1 Gramm eines Objekts aufgenommen (oder abgegeben) wird, um seinen Aggregatzustand von flüssig zu gasförmig (oder von gasförmig zu flüssig) zu ändern.
Ist bekannt :
Aufgenommene oder abgegebene Wärme: Q = 140 Kalorien – 60 Kalorien = 80 Kalorien
Masse des Feststoffs: m = 1 Gramm
Gefragt :
Dampfhitze (Lv) Feststoffe?
Jawab :
Formel zur Bestimmung der Wärmemenge von Dampf :
Q = m Lv
Beschreibung: Q = aufgenommene oder abgegebene Wärme, m = Masse des Stoffes, Lv = Wärme des Dampfes
Lv = Q / m
Lv = 80 Kalorien / 1 Gramm
Lv = 80 Kalorien/Gramm
Die richtige Antwort ist C.
14. Unten ist ein Diagramm der Wärmemenge in Abhängigkeit von der Temperatur von 1 kg Wasserdampf bei Normaldruck dargestellt. Der Siedepunkt von Wasser beträgt 2256 x 103 J/kg und die spezifische Wärmekapazität von Wasser beträgt 4,2 x 103 J/kg K, dann beträgt die bei der Umwandlung von Dampf in Wasser freigesetzte Wärme…
A. 4,50 × 103 joule
B. 5,20 × 103 joule
C. 2,00 × 106 joule
D. 2,26 × 106 joule
E. 4,40 × 106 joule
Diskussion:
Ist bekannt :
Dampfhitze oder Siedehitze (Lv) = 2.256 x 103 J / kg
Spezifische Wärmekapazität von Wasser (c) = 4200 J/kg K
Masse des Dampfes (m) = 1 kg
Gefragt :
Freigesetzte Wärme (Q)?
Jawab :
Q = m Lv
Q = (1 kg)(2.256 x 103 J/kg)
Q = 2256 x 103 joule
Q = 2,256 x 106 joule
Die richtige Antwort ist D.
15. Die Wärmemenge, die benötigt wird, um die Temperatur von 2 kg Wasser von -2 °C zu erhöhen. oC bis 10 oC ist… Spezifische Wärmekapazität von Wasser = 4.200 J/kg Cospezifische Wärmekapazität von Eis = 2.100 J/kg °Co, Schmelzwärme von Wasser (LF) = 334.000 J/kg
A. 760.400 J
B. 750.000 J
C. 668.000 J
D. 600.000 J
E. 540.000 J
Diskussion:
Ist bekannt :
Masse (m) des Wassers = 2 kg
Anfangstemperatur (T) = -2 oC
Endtemperatur (T) = 10 oC
Spezifische Wärmekapazität von Eis (c<sub>es</sub>) = 2100 J/kg °Co
Spezifische Wärmekapazität von Wasser (c Wasser) = 4200 J/kg °Co
Schmelzwärme von Wasser (L)F) = 334.000 J/kg
Gefragt :
Aufgenommene Wärme (Q)?
Jawab :
Temperaturänderung von -2 oC bis 10 oC durchläuft mehrere Phasen.
Phase 1, die Eistemperatur steigt von -2 oC bis 0 oC (Der Anstieg der Eistemperatur stoppt beim Gefrierpunkt von Wasser, der 0 beträgt.) oC)
Phase 2: Das gesamte Eis schmilzt (der feste Zustand geht bei der Gefrierpunktstemperatur von Wasser, die 0 °C beträgt, in den flüssigen Zustand über). oC)
Phase 3, die Wassertemperatur steigt wieder von 0 oC bis 10 oC)
Also von einer Temperatur von -2 oC bis 0 oBei C ist Wasser noch fest. oBei C erfolgt ein Übergang vom festen in den flüssigen Zustand. Nach dem Übergang vom festen in den flüssigen Zustand steigt die Wassertemperatur wieder von 0 oC bis 10 oC.
Q1 = (m)(c es)(delta T) = (2 kg)(2100 J/kg Co) (0 oC – (-2 oC)) = (2)(2100 J)(2) = 8400 J
Q2 = (m)(LF) = (2 kg)(334.000 J/kg) = 668.000 J
Q3 = (m)(c Wasser)(delta T) = (2 kg)(4200 J/kg Co) (10 oC - 0 oC)) = (2)(4200 J)(10) = 84000 J
Aufgenommene Wärme:
Q = Q1 + Q2 + Q3
Q = 8400 J + 668.000 J + 84000 J
Q = 760.400 Joule
Die richtige Antwort ist A.
Fragequelle:
Physikfragen für die nationale Prüfung an weiterführenden Schulen/Berufsschulen
