Physik: Wärme, Schall und Licht

Punkt 5: Thermische Energie

Thermische Energie bezieht sich auf die mittlere kinetische Energie einer sehr großen Menge von Atomen oder Molekülen.

Die Temperatur ist ein Maß für die thermische Energie eines Stoffes.

Thermometer

• Quecksilberthermometer: Quecksilber wird bei -39 Grad Celsius fest, weshalb dieses Thermometer bei Temperaturen nahe diesem Wert nicht verwendet werden kann.
• Alkoholthermometer: Es ist sehr nützlich bei sehr niedrigen Temperaturen, da Ethylalkohol erst bei -114 Grad Celsius fest wird.

Die Wärme ist die Übertragung von Energie von einem System oder Körper mit höherer Temperatur auf eines/einen mit niedrigerer Temperatur.

Das thermische Gleichgewicht ist der Zustand (oder der Prozess dorthin), bei dem zwischen zwei Körpern unterschiedlicher Temperatur keine thermische Energie mehr übertragen wird.

Einheitenumrechnung: 1 kJ = 1000 J; 1 cal ≈ 4,184 J.

Wärmeübertragung

• Konduktion (Wärmeleitung): Prozess, durch den Wärme innerhalb eines Festkörpers von einem Punkt zum anderen übertragen wird.
• Konvektion (Wärmeströmung): Prozess, durch den thermische Energie in einer Flüssigkeit oder einem Gas durch dessen eigene Bewegung von einem Punkt zum anderen übertragen wird.
• Strahlung (Wärmestrahlung): Wärmeübertragung durch Energie, die Körper aussenden und die sich auch durch das Vakuum ausbreiten kann.

Punkt 6: Schall

Ein Ton kann gehört werden, wenn ein Körper mit einer Frequenz zwischen 20 Hz und 20.000 Hz schwingt.

Schall breitet sich in Luft mit etwa 340 m/s aus.

Eine Welle ist eine Störung, die sich durch den Raum ausbreitet.

Schalleigenschaften

• Lautstärke: Hängt mit der Intensität (Amplitude) der Schallwelle zusammen und ermöglicht die Unterscheidung zwischen leisen und lauten Tönen.
• Tonhöhe: Hängt mit der Frequenz der Töne zusammen und ermöglicht die Unterscheidung zwischen tiefen (Bässe) und hohen Tönen (Höhen).
• Klangfarbe (Timbre): Die Qualität, die es uns ermöglicht, zwei Klänge gleicher Lautstärke und Tonhöhe zu unterscheiden, wenn sie von verschiedenen Instrumenten erzeugt werden.

Punkt 7: Licht

Licht ist eine elektromagnetische Welle, die sich auch im Vakuum ausbreitet. Es breitet sich geradlinig aus und wird reflektiert, wenn es auf eine reflektierende Oberfläche trifft.

Die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum (c) beträgt etwa 300.000 km/s.

Linsen

• Sammellinsen (Konvexlinsen): Sie sind in der Mitte dicker als an den Rändern. Parallel einfallende Lichtstrahlen werden gebrochen und konvergieren in einem Punkt, dem Brennpunkt (Fokus).
• Zerstreuungslinsen (Konkavlinsen): Sie sind an den Rändern dicker als in der Mitte. Parallel einfallende Lichtstrahlen werden so gebrochen, dass sie auseinanderlaufen (divergieren).

Formeln (Bewegung)

• Geschwindigkeit (v) = Weg (s) / Zeit (t) => v = s / t
• Weg (s) = Geschwindigkeit (v) * Zeit (t) => s = v * t
• Zeit (t) = Weg (s) / Geschwindigkeit (v) => t = s / v