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Aufgabe

Materielles Modell der inneren Energie

Schwierigkeitsgrad: mittelschwere Aufgabe

In eine Bleiplatte ist ein Thermoelement zur Bestimmung der Temperatur eingelassen (vgl. Skizze). Nun schlägt man mit einem Hammer auf die Bleiplatte.

a) Gib an, was zu zu beobachten sein wird und erkläre die Beobachtung.

Für einen Modellversuch steht ein sogenanntes Kugel-Feder-Modell eines Festkörpers zur Verfügung.

b) Erläutere, wie man den Modellversuch durchführen müsste, damit er dem in Teilaufgabe a) beschriebenen Versuch entspricht. Gib dabei auch an, was bei diesem Modellversuch zu beobachten sein wird und erkläre die Beobachtung.

c) Diskutiere, inwiefern die Überlegungen der Teilaufgaben a) und b) die These "Temperatur ist ein Maß für die mittlere Energie der Teilchen" erhärteten.

 

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a) Beobachtung: Sobald der Hammer auf die Bleiplatte auftrifft, wird diese plastisch verformt. Dabei ist eine Temperaturerhöhung der Platte festzustellen.
Erklärung:Die kinetische Energie des Hammers wird in innere Energie von Hammer und Bleiplatte umgewandelt. Die Zunahme der inneren Energie der Bleiplatte hat eine Temperaturerhöhung der Bleiplatte zur Folge.

b) Das Kugel-Feder-Modell dient als materielles Modell der Bleiplatte.
Beobachtung: Schlägt man von außen auf das Modell, so geraten die Kugeln in ungeordnete Bewegung.
Erklärung: Die von außen zugeführte Energie liegt als kinetische und potentielle Energie der "Modellatome" vor.

c) Im Realversuch ist unzweifelhaft die Temperaturerhöhung festzustellen. Im Modellversuch ist die innere Energie als kinetische und potentielle Energie des Kugel-Feder-Modells offensichtlich. Durch Vergleich der beiden Ergebnisse lässt sich die These "Temperatur ist ein Maß für die mittlere Energie der Teilchen" ableiten.