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Innere Energie und Teilchenmodell

Das Teilchenmodell besagt, dass Materie aus den kleinsten Teilchen besteht, den Atomen. Diese Teilchen verhalten sich je nach Aggregatzustand unterschiedlich (fest, flüssig, gasförmig), was durch Bewegungs- und Bindungsenergie erklärt wird. Erfahre mehr über die innere Energie und interaktive Übungen! Interessiert? Dies und vieles mehr findest du im folgenden Text.

Inhaltsverzeichnis zum Thema Innere Energie und Teilchenmodell
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Die Autor*innen
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Jochen Kalt
Innere Energie und Teilchenmodell
lernst du in der 7. Klasse - 8. Klasse

Innere Energie und Teilchenmodell Übung

Du möchtest dein gelerntes Wissen anwenden? Mit den Aufgaben zum Video Innere Energie und Teilchenmodell kannst du es wiederholen und üben.
  • Gib an, was mit Teilchen passiert, wenn Wärme hinzugeführt wird.

    Tipps

    Wie lässt sich die Temperatur eines Atoms ermitteln?

    Lösung

    Wird ein Objekt, egal ob flüssig, fest oder gasförmig, erhitzt, so passiert mit allen Teilchen dasselbe. Doch was genau passiert mit diesen Teilchen? Verändert sich die Geschwindigkeit? Die Masse? Oder sogar die Größe der Teilchen?

    Tatsächlich verändert sich nur die Geschwindigkeit der Teilchen. Je wärmer ein Objekt ist, desto schneller bewegen sich die Atome innerhalb dieses Objektes.

    Die Masse und die Größe der Teilchen bleibt unverändert. Würde sich beispielsweise die Masse verändern, so wäre eine Wasserflasche im Sommer schwerer als im Winter.

  • Gib an, wann man von einem festen, flüssigen oder gasförmigen Körper spricht.

    Tipps

    Stelle dir einen Eiswürfel aus Wasser vor. Wann ist dieser Eiswürfel fest? Was passiert, wenn er flüssig wird? Und kann er auch gasförmig werden?

    Lösung

    Es gibt drei klassische Aggregatzustände: fest, flüssig und gasförmig.

    Die Bewegung der Teilchen der drei Zustände ist hierbei ein Maß für die Temperatur des Stoffs. Die Art der Bewegung der jeweiligen Teilchen (Atome/Moleküle) ist in den drei Aggregatzuständen jedoch völlig unterschiedlich.

    Man nennt einen Stoff fest, wenn alle Teilchen in ihm einen festen Platz haben, von dem sie sich nicht wegbewegen können. Sie können nur um ihren festen Platz schwingen.

    Man nennt einen Stoff flüssig, wenn sich die Teilchen in ihm etwas frei bewegen können. Zwischen den Teilchen gibt es aber immer noch eine anziehende Kraft.

    Ist ein Stoff gasförmig, besteht kaum eine Anziehung zwischen den Teilchen. Sie können sich vollkommen frei bewegen und füllen den gesamten zur Verfügung stehenden Raum aus.

  • Gib zu der jeweiligen Beschreibung die passende Energieform an.

    Tipps

    $U=E_{Therm}-E_{Bind}+E_{Kern}$

    Lösung

    In dieser Aufgabe musst du vier verschiedene Energien zu ihrer jeweiligen Erklärung zuordnen. Bei einer solchen Aufgabe ist es immer ratsam, mit den einfacheren Antworten anzufangen.

    So sagt die Kernenergie $E_{Kern}$ etwas über die Atomkerne aus. Die Kernenergie gibt somit an, wie viel potentielle Energie in den Atomkernen vorhanden ist.

    Die Bindungsenergie $E_{Bind}$ hingegen sagt etwas über die Bindung der einzelnen Teilchen aus, also wie sehr das eine Teilchen an ein anderes gebunden ist. Somit gibt die Bindungsenergie an, wie sehr die Teilchen sich gegenseitig anziehen.

    Die thermische Energie $E_{Therm}$ nennt man auch kinetische Energie und sie resultiert aus der Bewegung der Teilchen.

    Bleibt für die innere Energie $U$ nur noch folgende Option offen: Die innere Energie gibt die gesamte für thermodynamische Umwandlungsprozesse zur Verfügung stehende Energie eines physikalischen Systems an.

  • Gib die Formel zur Berechnung der inneren Energie an.

    Tipps

    Die in der Formel zu berechnende Größe ist die innere Energie.

    Welche Energieform könnte negativ in die Formel eingehen?

    Lösung

    Die innere Energie ist die gesamte für thermodynamische Umwandlungsprozesse zur Verfügung stehende Energie eines physikalischen Systems.

    Dabei setzt sich die innere Energie aus einer Vielzahl anderer Energieformen zusammen: der thermischen Energie, der Bindungsenergie und der Kernenergie.

    Eine dieser Energieformen geht jedoch negativ in die Gleichung ein, und zwar die Bindungsenergie, da in einem Stoff, in dem die Bindungen eine geringere Energie haben, potenziell noch Energie frei werden kann, wenn die Bindungen stärker werden.

    Somit berechnet sich die innere Energie $U$ wie folgt: $U=E_{Therm}-E_{Bind}+E_{Kern}$.

  • Gib an, wann ein Körper anfängt zu sieden.

    Tipps

    Wenn Wasser anfängt zu sieden, was passiert dann mit dem Wasser?

    Lösung

    Als Siedepunkt bezeichnet man die Temperatur, bei der ein Stoff vom flüssigen in den gasförmigen Aggregatzustand übergeht. Wasser hat diesen Punkt unter normalem atmosphärischen Druck bei $100~°C$ bzw. $373,16~K$ erreicht.

    Man nennt diesen Punkt auch Kochpunkt, da Wasser bei diesem Punkt anfängt zu kochen.

  • Gib die Bindungsenergie an, wenn $E_{Therm}=280~J$, $E_{Kern}=127~J$ und $U=340~J$.

    Tipps

    Schreibe die gegebenen und gesuchten Größen auf.

    $U=E_{Therm}-E_{Bind}+E_{Kern}$

    Lösung

    Um die Aufgabe lösen zu können, schreiben wir zuerst die gegebenen und gesuchten Größen auf. Dann halten wir die Formel zur Berechnung fest, setzen die Zahlenwerte ein und formulieren abschließend einen Antwortsatz.

    Gegeben: $E_{Therm}=280J$; $~~~~$ $E_{Kern}=127~J$; $~~~~$ $U=340~J$

    Gesucht: $E_{Bind}$ in $J$

    Formel: $U=E_{Therm}-E_{Bind}+E_{Kern}$ Diese Gleichung ist nach $E_{Bind}$ umzustellen: $E_{Bind}= E_{Therm}+E_{Kern}-U$

    Berechnung: $E_{Bind}= E_{Therm}+E_{Kern}-U=280~J+127~J-340~J=67~J$

    Antwortsatz: Die Bindungsenergie beträgt $67~J$.