Temperatur und Teilchenmodell
Wärmelehre
Klasse 5, 6, 7
- Was ist Temperatur eigentlich – im Bild der Teilchen?
- Warum gibt es keine Temperatur unter −273 °C?
- Wie unterscheiden sich fest, flüssig und gasförmig im Teilchenmodell?
Zum Ausprobieren: Aggregatszustände: Grundbegriffe
Erhöhen Sie die Temperatur und sehen Sie zu, wie der Feststoff schmilzt und verdampft.
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Simulation von PhET Interactive Simulations, University of Colorado Boulder, lizenziert unter CC BY 4.0 (https://phet.colorado.edu)
Schlau Fassung
Temperatur und Teilchenmodell
- Alle Stoffe bestehen aus Teilchen, die sich ständig bewegen. Temperatur ist ein Maß für die mittlere Bewegungsenergie der Teilchen.
- Fest: Teilchen schwingen an festen Plätzen (Gitter). Flüssig: Teilchen gleiten aneinander vorbei. Gasförmig: Teilchen fliegen frei und schnell (Luft: ca. \(500\,\mathrm{\frac{m}{s}}\)).
- Belege für die Teilchenbewegung: Diffusion (Tinte verteilt sich im Wasser, Duft im Raum) und die BROWNsche Bewegung.
- Beim absoluten Nullpunkt \(-273{,}15\,^{\circ}\mathrm{C} = 0\,\mathrm{K}\) ist die Teilchenbewegung minimal – kälter geht es nicht. KELVIN-Skala: \(T\,[\mathrm{K}] = \vartheta\,[^{\circ}\mathrm{C}] + 273{,}15\).
Aufgaben
- Erkläre im Teilchenmodell, warum sich Zucker in heißem Tee schneller löst als in kaltem.
Lösung
Heiße Teilchen bewegen sich schneller, stoßen häufiger und heftiger auf den Zucker – er wird schneller zerlegt und verteilt. - Rechne um: \(20\,^{\circ}\mathrm{C}\), \(-40\,^{\circ}\mathrm{C}\) und \(0\,\mathrm{K}\) in die jeweils andere Skala.
Lösung
\(293\,\mathrm{K}\); \(233\,\mathrm{K}\); \(-273{,}15\,^{\circ}\mathrm{C}\). - Warum ist „Kälte strömt herein“ physikalisch falsch?
Lösung
Es gibt keinen Stoff „Kälte“ – warme Luft (schnelle Teilchen) gibt Energie an kalte ab; Wärme fließt immer von warm nach kalt.
Weiterführende Aufgaben
- Beobachte einen Teebeutel im kalten und im heißen Wasser (ohne Umrühren) und protokolliere die Diffusion mit Fotos im Minutenabstand.