Physik Flashcards
Wie ist die Kraft F definiert?
- Einwirkung, die einen Körper verformen u. /o. beschleunigen kann; gerichtete physik. Größe (dargestellt durch Vektor)
- gibt an, wie stark 2 Körper aufeinander einwirken
- F=p/t (Impuls / Zeit), SI=Newton =kg* m/s2
Wie ist die Arbeit W definiert?
- Energie, die durch Kräfte auf einen Körper übertragen wird (mechanisch)
- W= F*S (Kraft in Newton * Weg in m), SI=Joule
Wie ist die Leistung P definiert?
-bezeichnet die in einer Zeitspanne umgesetzte Energie
P=A/t (Arbeit / Zeit)
Warum kann es kein Perpetuum mobile geben?
Physikalischer Grundsatz:
- Energie kann nicht aus nichts erzeugt werden, sondern wird umgewandelt
- alle Energieumwandlungsprozesse haben einen bestimmten Wirkungsgrad, die Effizienz ist dabei immer kleiner als 100%, da bei jeder Umwandlung auch ein Teil der Energie in Form von Wärme aus dem System verloren geht
Welche 3 Arten der Wärmeübertragung gibt es?
- Wärmeleitung innerhalb eines Stoffes (Wärmediffusion, Konduktion): beruht auf Impulsübertragung zwischen Atomen, Maß ist Wärmeleitfähigkeit in W/mK
- Konvektion:Übertragung von Wärmeenergie durch Mitführung u. Bewegung von Masse; ausschließlich in Fluiden
- Wärmestrahlung: Übertragung durch Photonen verschiedener Frequenzen (kein Übertragungsmedium notwendig!)
Wie hängen Masse m, Volumen V und Dichte p eines Körpers miteinander zusammen?
V= m/p
m=p*V
p=m/V
Was versteht man unter der Anomalie des Wassers?
- Wasser hat bei Normaldruck bei ca. 4°C seine größte dichte
- verhält sich anders als andere Flüssigkeiten: unter erhöhtem Druck ändert sich der Phasenübergang des Wassers (ist bei steigendem Druck negativ)
Was versteht man unter dem Tripelpunkt des Wassers?
Der Punkt, an dem Gleichgewichtszustand aller 3 Aggregatzustände bei bestimmter Temperatur erreicht ist
Was ist der Unterschied zwischen Temperatur und Wärme?
Temperatur= physikalische Zustandsgröße
-beschreibt mittlere kinetische Energie pro Teilchen (unabhängig von Masse u. Anzahl der Teilchen)
Wärme=Energieform, die die gesamte kinetische Energie aller Teilchen angibt
-beschreibt Wärmeaustausch zwischen 2 Körpern
(ist im Gegensatz zur Temperatur übertragbar)
Warum lässt sich Wärmeenergie nur zum Teil nutzbar in andere Energieformen überführen u. wovon hängt die Höhe des nutzbaren Anteils ab?
- da es bei jeder Überführung der Wärmeenergie einen Umwandlungsverlust gibt; physik. Grundsatz: es ist nie die gesamte vorhandene Menge an Energie nutzbar
- abhängig vom Wirkungsgrad: je größer der Wirkungsgrad, desto effizienter die Energieumwandlung (/geringer der Energieverlust)
Was versteht man in der Physik unter einer reproduzierbaren Methode u. warum ist das so wichtig?
Reproduzierbar, wenn Methode OBJEKTIV, VALIDE, REPRÄSENTATIV u. RELIABEL ist
- das bedeutet, dass sie, unabhängig vom Forscher, genau, verlässlich u stellvertretend für die Gesamtheit der Messung ist u. die zu messende Größe repräsenteirt
- wichtig für die Validität einer Methode, sodass sie nachvollziehbar ist u. wiederholt werden kann
Was sagt die spezifische Wärmekapazität cp eines Stoffes aus?
Verhältnis der zugeführten Wärme zu der damit bewirkten Temperaturerhöhung eines Körpers (=gibt an, wie gut ein Stoff Wärme leiten kann)
a=1/cp*p
Warum wird ein Kunststoffbecher in der Spülmaschine nicht ganz trocken?
Wasser setzt sich als Wasserfilm auf Plastik ab, da Plastik geringe Wärmeleitfähigkeit bestitzt (verdampft nicht, wie z.B. bei Glas)
-Kunststoff wirkt als Isolator
Wie hoch muss ein 70kg schwerer Mensch einen Berg hochklettern, um den Energiegehalt von 0,5l Bier in Lageenergie umzusetzen? (100ml Bier haben einen Brennwert von ca. 200kJ)
Epot (Lageenergie)= mgh
200kj * 5 = 1000kJ = 100.000J
70kg * 10kg/m*h = 100.000J (nach h auflösen)
=142,8m
Ist das Tragen eines Rucksackes im EG des FHZ physikalisch eine Arbeit?
Nein, da dies eine waagerechte Bewegung ist u. Arbeit horizontal ausgerichet ist
-hochheben wäre eine Arbeit W=Kraft F * Weg s
Muskeln haben einen Wirkungsgrad von ca. 30%, was ist damit gemeint?
Umwandlung der Energie aus der Nahrung nur zu 30% in Bewegungsenergie (Muskelmasse); 70% der Energie aus der Nahrung wird in Wärmeenergie umgewandelt
Wovon hängt die Wärmeleitfähigkeit eines Stoffes ab?
Von Materialcharakteristika, wie z.B. dem Wärmeleitkoeffizienten
Was ist die Prandtl’sche Grenzschicht?
sehr dünne Schicht in unmittelbarer Nähe eines von einem Fluid umströmten Körpers, hat wichtige Auswirkungen auf Wärme- u. Stoffaustausch zwischen Fluid u. Wand (z.B. isolierende Wirkung als Eisschicht im Gefrierfach)
Warum ist der Einsatz von Erdgas für das Kochen kostengünstiger als der Einsatz elektrischer Energie?
Weil Erdgas eine Primärenergie ist u.somit höheren Wirkungsgrad hat als elektr. Energie
-Erdgas muss nicht, wie elektr. Energie, aus anderer Energieform umgewandelt werden
Warum ist es besser mit Wasserdampf zu heizen als mit heißem Wasser?
Wasserdampf hat ein größeres Volumen u. kann somit eine größere Fläche heizen; außerdem ist Wasserdampf energiereicher als Wasser, denn es enthält die gesamte Verdampfungsenthalpie
(1l Wasser = 1.700l Dampf)
Was sind die Vor- u. Nachteile eines Umluft-Backofens?
Vorteil: bei niedriger Temp. schneller/effizienter, weil sich Wärme durch Konvektion gleichmäßiger verteilt
-Nachteil: LM trocknen schneller aus
Welche Rolle spielt die Prandtl’sche Grenzschicht bei der Speiseeisherstellung?
- bildet sich am äußeren Rand des Behälters u. wird immer wieder abgetragen, da sie eine isolierende Wirkung hat u. somit mehr Energie benötigt würde, um das Eis bis in die Mitte zu kühlen
- Kristallisation zwischen 0 u. -5°C muss schnell überwunden werden, damit die Konsistenz stimmt (cremigeres Eis, da keine großen Kristalle)
Welche Risiken hat der Einsatz von Mikrowellen in der LM-Zubereitung?
- Entstehung von Hot Spots durch ungleichmäßige Wärmeverteilung/Überlagerung der Strahlung u. somit Überhitzung einiger Stellen
- evtl Siedeverzug, wodurch LM aus Behälter spritzt
Was unterscheidet die Energieübertragung der Mikrowelle von der Erhitzung auf der Herdplatte?
verschiedene Formen der Wärmeübertragung:
Mikrowelle=Wärmestrahlung: Dipolmoment wird gebildet in Form von Strahlung, die mithilfe von Wasser in Wärme ungewandelt wird
Herdplatte= Wärmeleitung durch Kochplatte (Impulsübertragung durch Topf)
Eignet sich die Mikrowelle zum Auftauen von LM?
-bei der Mikrowellenerwärmung/-Garung wird die Wärme im LM selbst erzeugt: im elektr. Wechselfeld der Mikrowellenstrahlung beginnen geladene Moleküle (v.a. Wassermoleküle, aber auch AMS) zu schwingen u. aneinander zu reiben
-ein Teil dieser Bewegungsenergie wird in Wärmeenergie umgesetzt, wodurch sich LM von innen heraus erwärmt
= zum Auftauen nur bedingt geeignet, Wasserzugabe nötig, um Schwingung zu ermöglichen!!!
Wie u. Warum unterscheiden sich im Temperaturverlauf von Wasser die Bereiche um 0°C u. 100°C voneiander?
Schmelzenthalpie (Phase von fest nach flüssig im Bereich von 0°C) ist kleiner als Verdunstungsenthalpie (Phase von flüssig nach gasförmig im Bereich von 100°C) = Energieunterschied
Was ist bei der Kondensation von Wasserdampf in einem Wärmeübertragungsvorgang zu beachten?
- Verdampfungsenthalpie: Energie kann zusätzlich genutzt werden, nicht mit Temperatur messbar
- genaue Einstellung der Kondensationstemperatur über Druck des Wasserdampfes
- Kondensatfilm entsteht, da Wasse schlechter Wämreleiter ist = Wärmewiderstand wird größer, verminderte Heizflächeneffizienz
Wie ist der physikalische Brennwert von Kohlenhydraten, Proteinen u. Fetten definiert?
die Energie, die durch Verdauung von Makronährstoffen entsteht, d.h. sowohl Wärmeenergie, als auch Energie, die in Form von energiereichen Stoffen (z.B. ATP) zur Verfügung steht; kann z.B. von Muskeln in mechanische Energie umgewandelt werden
Wie viel Energie wird benötigt, um 1l Wasser (cp=4200J/kgK) um 20K zu erwärmen?
1l Wasser = 1kg Wasser
J=1kg * 4200J / kgK * 20K = 84.000J = 84KJ
Wie setzt sich der Energiebedarf eines menschlichen Körpers zusammen?
Grundumsatz + Leistungsumsatz = Energiebedarf
100g Butter hat einen Energiewert von 716kcal. Wie viel Joule sind das?
1kcal = 4,185kJ
716 * 4,185 = 2996,46kJ =2,99646J
Was ist ein Kalorimeter?
Gerät zur Messung von Wärmemengen (Brennwertbestimmung z.B. von LM), die an biologischen, chemischen o. physikalischen Vorgängen gekoppelt sind
-anisotherm (Bombenkalorimeter, ohne Phasenumwandlung) u. Isotherm (Eiskalorimeter, mit Phasenumwandlung)
Was unterscheidet ein 1) Newtonsches Fluid von einem 2) Bingham Fluid (Bsp)?
1) Newton: Viskosität unabhängig von Scherrate, Bsp. Schmieröl, Wasser
2) Bingham: Verhalten eines idealen Fluids, sobald eine gewisse Fließgrenze überschritten wurde, Bsp. Ketchup, Zahnpasta, Mayo
Was ist ein dilatantes Fluid (Bsp)?
-scheint bei langsamen Rühren flüssig; bei schnellerem Rühren keine Fließfähigkeit (=bröckelig)
Bsp. Kochkäse, Stärkebrei
Wie kann Viskosität bestimmt werden u. was ist dabei zu beachten?
- Viskosität kann in einem Viskometer bestimmt werden
- zu beachten ist die Temperaturabhängigkeit der Viskosität
- je nach Fluid sollten unterschiedliche Arten der Viskositätsmessung beachtet werden (z.B. Kapillarviskosimeter, Rotationsviskosimeter, Fließviskosimeter)
Was unterscheidet die direkte von der indirekten Kalorimetrie?
direkt: abgegebene Wärme wird gemessen
indirekt: Sauerstoffaufnahme des Organismus wird gemessen (kalorimetrischer Äquivalent der Nahrung muss bekannt sein)
Nennen Sie ein Bsp eines Stoffes mit hohem physik. Brennwert, der jedoch keinen physiolog. Brennwert besitzt!
Kohle: kann nicht vedaut werden u. besitzt somit keinen physiolog. Brennwert
Wie ist der physiologische Brennwert definiert?
gibt an, wie viel Energie bei der Verdauung von Makronährstoffen in Form von energiereichen Stoffen (z.B. ATP) entsteht
Wie funktioniert ein Schnellkochtopf u. welches physikalische Prinzip liegt dem zugrunde?
geschlossenes System, in dem der Druck mit zunehmender Temperatur ansteigt, da kein entstehender Wasserdampf entweichen kann; dadurch steigt der Siedepunkt, wodurch höhere Temperaturen als beim Kochen erreicht werden können (=Gargut schneller gar u. somit effizientere Kochmethode)
10.000 ul sind wie viel ml?
1000ul = 10ml
3,5mg sind wie viel g?
3,5mg = 0,0035g
33ml entsprechen wie viel l?
33ml = 0,033l
500kcal entsprechen wie viel cal?
500kcal = 500.000cal
Was beschreibt der 1. Hauptsatz der Thermodynamik?
die Energieerhaltung in thermodynamischen Systemen
Was beschreibt der 0. Hauptsatz der Thermodynamik?
Zwei Systeme, die sich im thermischen Gleichgewicht befinden, haben dieselbe Temperatur
Was beschreibt der 2. Hauptsatz der Thermodynamik?
Wärmeübertragung erfolgt immer von einem wärmeren auf ein kälteres Medium, ohne Arbeitsaufwand aber unter Entropiezunahme des Gesamtssystems
Was beschreibt der 3. Hauptsatz der Thermodynamik?
Es ist nicht möglich, ein System bis zum absoluten Nullpunkt abzukühlen
Welche 2 Arten der Verdampfung gibt es?
1) Sieden: Zustandsänderung von flüssig zu gasförmig bei Vedampfungstemperatur einer Flüssigkeit
2) Verdunsten:
Verdampfen einer Flüssigkeit unterhalb der Verdampfungstemperatur
Wofür brauche ich mehr Energie: um Wasser auf 100°C zu erhitzen oder um Olivenöl auf 100°C zu erhitzen?
Zur Erhitzung des Wassers
Der Leidenfrost-Effekt kann wie beobachtet werden?
In Form von tanzenden Wassertropfen auf einer heißen Herdplatte
Was ist unter einer Suspension zu verstehen?
Suspensionen sind keine Lösungen im eigentlichen Sinne, sondern grobdispersee Systeme mit Feststoffteilchen, zum Teil mit bloßem Auge erkennbar u. mit Papierfiltern trennbar (Bsp. Tomatensoße, Maische)
Warum unterscheidet sich die Kochdauer eines Hühnereis auf der Zugspitze von der Kochdauer in Hamburg?
Der Luftdruck auf der Zugspitze ist niedriger, wodurch die Siedetemperatur des Kochwassers sinkt u. somit der Kochvorgang länger dauert
Sie möchten 0,5kg Olivenöl mit einer Dichte von 0,9kg/dm3 in ein 500ml Glas füllen. Geht das?
Nein, das Glas läuft über: 0,5kg Öl = 556ml Öl Rechnung: Volumen=Masse/Dichte V=0,5kg/0,9Kg/l = 0,5556l = 556ml
Wie viel Joule entsprechen 1kWh auf ihrer Stromrechnung?
1 kWh = 3.600.000J
Worin besteht die Gefahr, Fettbrände mit Wasser zu löschen? Wie läst sich das physikalisch erklären?
Es besteht die Gefahr einer Explosion: Fett hat eine geringere Dichte als Wasser, es schwimmt also oben, wenn man beides in einem Gefäß zusammenfügt
-Bei einem Fettbrand entstehen hohe Temperaturen, fügt man nun Waser hinzu, verdampft es schlagartig u. schleudert somit das brennende Fett mit dem Wasserdampf in die 02-haltige Luft u. eine pilzförmige Explosion entsteht
Von was hängt die Wärmeleitung durch ein Objekt ab?
abhängig von der Temperaturdifferenz zwischen warmer u. kalter Seite
Warum sollte ein Behälter beim Einfrieren von LM i.d.R. nicht bis zum Rand befüllt sein?
Kann bis zum Rand befüllt werden, solange der Deckel beim einfrieren geöffnet ist
