Grundlagen der Thermodynamik und Stoffumwandlungen

Wärmeübertragung

Wärmeleitung: Der Prozess, bei dem Wärme durch einen festen Körper geleitet wird. Dabei findet kein Stofftransport statt; die Energieübertragung tritt nur auf, wenn verschiedene Teile des Körpers unterschiedliche Temperaturen aufweisen.

Konvektion: Der Prozess, bei dem Wärme durch eine Flüssigkeit oder ein Gas mittels Bewegung der Teilchen übertragen wird. In der Abbildung ist zu sehen, wie sich heißes Wasser (geringere Dichte) im kalten Wasser (höhere Dichte) bewegt und so einen Konvektionsstrom erzeugt.

Strahlung: Der Prozess, bei dem eine Energiequelle diese in Form von elektromagnetischen Wellen überträgt, ohne dass ein materielles Medium erforderlich ist. Jeder Körper, dessen Temperatur über 0 Kelvin liegt, sendet Strahlung aus.

Klimawandel

Der Klimawandel wird durch steigende Treibhausgase verursacht, die aus dem übermäßigen Einsatz nicht-erneuerbarer Energieträger wie Öl, Holz, Erdgas und Kohle resultieren.

Physikalische und chemische Phänomene

Physikalische Phänomene

Vorgänge, die ohne Umwandlung der Materie stattfinden, wobei die ursprüngliche Substanz erhalten bleibt. Beispiele: Alle Zustandsänderungen, das Werfen eines Balls oder das Zerreißen eines Stücks Papier. In all diesen Fällen bleibt die Substanz trotz Formveränderung erhalten.

Chemische Phänomene

Vorgänge, die mit einer Umwandlung der Materie einhergehen, wobei die ursprüngliche Substanz nicht erhalten bleibt. Beispiele: Atmung, Verdauung, Verbrennen von Papier oder andere chemische Reaktionen. Hierbei werden die ursprünglichen Stoffe verändert.

Übungen und Erläuterungen

• 1: Wärmeleitung – Holz ist ein schlechter Wärmeleiter, Metall hingegen ein guter Leiter.
• 3: Kälteempfinden – Sonnenstrahlung erwärmt Wasser und Land unterschiedlich aufgrund ihrer spezifischen Wärmekapazität; Wasser bleibt kälter als die Erde.
• 4: Der Treibhauseffekt ist ein natürlicher Bestandteil der Atmosphäre. Der Planet besitzt die Fähigkeit, einen Teil der von der Erde reflektierten Sonnenstrahlen zu speichern. Natürliche Gase sind Wasserdampf, Ozon, Kohlendioxid, Stickstoffoxide und Methan. Die Atmosphäre wirkt wie ein Spiegel für die von der Erde emittierte Strahlung.
• 5: B und D
• 6: Klassifizierung (F = Physikalisch, Q = Chemisch)
  • Blitz: F
  • Eisschmelze: F
  • Zersetzung von Fleisch: Q
  • Werfen eines Topfes: F
  • Backen eines Kuchens: Q
  • Verdunstung von Alkohol: F
  • Abbau von Ozon: Q
  • Atmung: Q
  • Oxidation von Eisen: Q
  • Kombination von Wasserstoff und Sauerstoff: Q