Grundlagen der Physik

Kontinuitätsgleichung

Artikel über die Kontinuitätsgleichung

Öffnen Sie den Wasserhahn langsam und achten Sie dabei auf die Geschwindigkeit des austretenden Wassers. Vergleichen Sie nun: Ist der Wasserfluss bei geschlossenem und bei geöffnetem Wasserhahn schneller? Woran liegt das? Um dies zu verstehen, betrachten Sie bitte die Kontinuitätsgleichung.

Rationalisieren

Kontinuitätsgleichung 1 In einer gleichmäßigen Strömung ist die Geschwindigkeit jedes Fluidteilchens an einem Punkt, beispielsweise Punkt A, stets gleich. Beim Passieren von Punkt B kann sich die Geschwindigkeit der Fluidteilchen ändern. Beim Erreichen von Punkt B fließen die nachfolgenden Fluidteilchen jedoch mit der gleichen Geschwindigkeit wie die vorhergehenden. Dasselbe gilt für Punkt C usw. Die Strömungslinie ist eine Kurve, die die Punkte A, B und C verbindet.

Schwarzes Prinzip

1. Definition des Black-Prinzips

Vermischt man heißes und kaltes Wasser in einem offenen Behälter (z. B. einem Eimer), findet ein Wärmeaustausch zwischen heißem und kaltem Wasser statt. Da der Behälter offen ist, gibt ein Teil der Wärme an die Umgebungsluft ab. Der Behälter selbst erwärmt sich. Die vom heißen Wasser abgegebene Wärme wird nicht nur vom kalten Wasser, sondern auch von der Atmosphäre und dem Behälter aufgenommen. In diesem Fall handelt es sich beim Eimer um ein nicht isoliertes System. Vermischt man hingegen heißes und kaltes Wasser in einer geschlossenen Thermoskanne, findet ein Wärmeaustausch zwischen heißem und kaltem Wasser statt. Thermoskannen sind isolierte Systeme, sodass keine Wärme an die Umgebungsluft oder die Thermoskanne abgegeben wird. Das kalte Wasser nimmt die vom heißen Wasser abgegebene Wärme nur so lange auf, bis das Gemisch aus heißem und kaltem Wasser das thermische Gleichgewicht erreicht hat.

Wärmeübertragung durch Strahlung

1. Definition der Wärmeübertragung durch Strahlung

Wie fühlt es sich an, an einem heißen Tag schwarze Kleidung zu tragen oder Sport zu treiben? Im Vergleich dazu, wenn man weiße Kleidung trägt? Trägt man tagsüber schwarze Kleidung, wird einem heiß. Woran liegt das? Die Entfernung zwischen Sonne und Erde ist morgens fast genauso groß wie tagsüber und abends. Warum ist es dann morgens und abends kühler und tagsüber heißer? Die Antworten auf diese Fragen hängen mit der Wärmeübertragung durch Strahlung zusammen.

Wärmeübertragung durch Konvektion

Artikel über die Wärmeübertragung durch Konvektion

Waren Sie schon mal an einem sonnigen Tag am Strand? An klaren Tagen weht dort immer ein Wind vom Meer. Warum weht am Strand immer Wind? Und warum gibt es tagsüber Seewind (Winde vom Meer zum Land) und nachts Landwind (Winde vom Land zum Meer)? Warum ziehen in der Regenzeit Wolken bis an die Hänge? Warum fühlt sich der Wind kühl an? Die Antworten auf diese Fragen hängen mit der spezifischen Wärmekapazität von Land und Meer, der Ausdehnung, der Dichte und dem Wärmetransport durch Konvektion zusammen!

Wärmeübertragung durch Wärmeleitung

1. Definition der Wärmeübertragung durch Wärmeleitung

Setzt man sich auf einen Holzstuhl, erwärmt sich dessen Oberfläche. Setzt man sich hingegen auf einen Stuhl aus Kunststoff oder Metall, fühlt sich dessen Oberfläche nach dem Sitzen nicht warm an. Warum erwärmt sich die Oberfläche des Holzstuhls, die des Metallstuhls aber nicht? Warum kann das Schlafen auf einem kalten Boden ohne Matratze Schmerzen verursachen? Haben Sie schon einmal eine Kälteschutzjacke getragen? Warum bestehen die meisten Kälteschutzjacken aus Wolle? Es gibt noch viele weitere Aspekte der Wärmeleitung, die Fragen aufwerfen und diskutiert werden können.

Latente Wärme, spezifische Wärmekapazität und Wärmekapazität

Artikel über latente Wärme, spezifische Wärmekapazität und Wärmekapazität

Wenn man ein Quecksilberthermometer in ein Gefäß mit einem Gemisch aus kaltem Wasser und Eis taucht, beobachtet man, dass sich die Quecksilberoberfläche nach dem Absinken nicht mehr bewegt. Die Quecksilberoberfläche bewegt sich nicht mehr, sobald sie die Temperatur des Gefrierpunkts des Wassers (0 °C) erreicht hat. ^oC) Ist der Behälter offen, fließt Wärme von der warmen Luft zur Mischung aus Eis und kaltem Wasser. Durch die Wärmezufuhr aus der Luft schmilzt das Eis. Ändert sich die Temperatur der Eis-Wasser-Mischung, solange das Eis schmilzt? Nein, solange das Eis schmilzt, ändert sich die Temperatur der Mischung nicht.

Definition der Wärme, mechanisches Wärmeäquivalent, Wärmegleichung

Artikel Definition der Wärme Mechanisches Wärmeäquivalent Wärmegleichung

1. Definition von Wärme

Berühren sich Gegenstände mit unterschiedlichen Temperaturen, findet ein Wärmeaustausch von den wärmeren zu den kälteren Gegenständen statt. Dieser Wärmeaustausch endet, sobald die Gegenstände die gleiche Temperatur erreicht haben. Mischt man beispielsweise heißes und kaltes Wasser, fließt die Wärme üblicherweise vom warmen zum kalten Wasser. Legt man ein heißes Bügeleisen in kaltes Wasser, fließt Wärme vom Bügeleisen ins Wasser. Der Wärmefluss stoppt, sobald Bügeleisen und Wasser die gleiche Temperatur erreicht haben. Auch wenn eine Krankenschwester ein Thermometer an Ihren Körper anlegt, fließt Wärme von dort zum Körper.

Anomales Verhalten von Wasser unter 4 °C

Artikel über das anomale Verhalten von Wasser unter 4 °C

Jeder Gegenstand dehnt sich aus (sein Volumen nimmt zu), wenn die Temperatur steigt, und schrumpft (sein Volumen nimmt ab), wenn die Temperatur sinkt. Wasser dehnt sich ebenfalls aus, wenn die Temperatur steigt, und schrumpft, wenn die Temperatur sinkt, jedoch nicht bei 0 °C. ^oC - 4 ^oC. Zwischen 0 °C und 4 °C nimmt das Volumen von Wasser mit steigender Temperatur ab (das Wasser schrumpft). Wenn wir das Wasser bei 0 °C erhitzen, … ^oBei einer Temperatur von C erwärmt sich das Wasser, sein Volumen nimmt ab. Der Schrumpfungsprozess endet, wenn das Wasser 4 erreicht. ^oC. Über 4 ^oBei C nimmt das Volumen von Wasser mit steigender Temperatur zu. Im Gegensatz dazu dehnt sich Wasser aus (das Volumen von Wasser nimmt zu), wenn die Temperatur von 4 sinkt.^oC bis 0 ^oC.

Lineare Erweiterung

Die meisten festen Körper dehnen sich bei Temperaturänderungen in die Länge aus. Das bedeutet, dass sich ihre Länge entweder vergrößert oder verkleinert. Normalerweise vergrößert sich die Länge bei steigender Temperatur, während sie sich bei sinkender Temperatur verringert. Man könnte meinen, dass Längenausdehnung nur bei dünnen Drähten auftritt. Betrachten wir beispielsweise ein Auto, das am Straßenrand in der Sonne steht. Überhitzt sich das Auto, kann das Blech dicker werden oder sich verlängern. Auch Zinkdächer dehnen sich aus. Überhitzt sich Zink, werden die Kanten breiter und das Zink kann sogar dicker werden. Dasselbe gilt für Eisenbahnschienen und die Eisen- oder Stahlkonstruktionen von Brücken.

Umrechnung von Temperaturskalen

Artikel über die Umrechnung von Temperaturskalen

Die Celsius- und die Fahrenheit-Skala sind unterschiedliche Temperaturskalen. Wenn die Temperatur eines Objekts in Celsius gemessen und angegeben wird und wir sie in Fahrenheit angeben möchten, müssen wir sie von Celsius in Fahrenheit umrechnen. In diesem Abschnitt lernen wir, wie man eine Temperaturskala umrechnet.

Bei einem Druck von 1 atm beträgt die Gefrierpunktstemperatur des Celsius-Thermometers 0 ^oC, während das Fahrenheit-Thermometer = 32 ^oF. Umgekehrt ist bei einem Druck von 1 atm die Temperatur von der Siedepunkt bei einem Thermometer mit Celsius-Skala = 100^oC, während ein Thermometer mit Fahrenheit-Skala = 212 ^oF.