Arbeitsblätter mit Übungen und Aufgaben zum Thema "Aggregatzustände: Energie und Zustandsänderungen" für Physik in der 8. Klasse am Gymnasium - mit Lösungen!

Materie kommt in drei Aggregatzuständen vor: fest, flüssig und gasförmig. Bei einem festen Körper bewegen sich die Teilchen unregelmäßig um feste Plätze herum, bei einer Flüssigkeit lassen sich die Teilchen leichter gegeneinander verschieben und bei Gasen „fliegen“ die Teilchen frei umher.

Folgendes Bild der Teilchenstruktur in Materie  soll diese Zustände verdeutlichen:

Jeder Stoff hat seine eigene Schmelz- und Siedetemperatur. Unter Schmelzen bezeichnet man den Vorgang, der feste Stoffe in flüssige Stoffe umwandelt. Unter Verdampfen versteht man den Vorgang, wenn flüssige Stoffe gasförmig werden.

Während des Schmelz- und Verdampfvorgangs, ändert sich die Temperatur des Stoffes nicht, denn die zugeführte Energie wird für die Zustandsänderung verwendet. In einem Temperatur-Energie-Diagramm sieht man dies anhand eines waagrechten Verlaufs des Graphen.

Jeder Stoff benötigt eine bestimmte Menge an Energie, um vollständig zu schmelzen, nämlich die spezifische Schmelzenergie eS .

Um einen Körper der Masse m zu schmelzen benötigt man einen Energiebetrag von ES=m∙eS .

Ebenso benötigt jeder Stoff eine bestimmte Energiezufuhr um vollständig zu verdampfen, was abhängig von der spezifischen Verdampfungsenergie eV  ist: EV=m∙eV

Auch umgekehrt können diese Zustandsänderungen erfolgen. Wird ein gasförmiger Stoff wieder flüssig, wenn die Temperatur sinkt, nennt man diesen Vorgang Kondensieren. Verringert man weiter die Temperatur, wird der Stoff fest, so nennt man dies Erstarren. Die Kondensationstemperatur stimmt bei allen Stoffen immer mit der Siedetemperatur überein, ebenso ist es bei der Erstarrungstemperatur der Fall. Da keine Energie verloren geht, gilt für die Energiemengen: E_S=E_E  und E_K=E_V . Die Schmelzenergie entspricht also der Erstarrungsenergie, und die Kondensationsenergie entspricht der Verdampfungsenergie.

Die Wäsche trocknet in der Sonne. Aber dabei erreicht sie doch nicht die Siedetemperatur, die bei Wasser 100°C beträgt. Trotzdem geht der flüssige Zustand der Wäsche in einen gasförmigen über. Diesen Vorgang bezeichnet man als Verdunsten.

Dasselbe Phänomen beobachtet man auch, wenn man seine nassen Badesachen anbehält. Durch das Verdunsten kühlt die Kleidung den Körper. Dieses Absinken der Temperatur durch das Verdunsten nennt man Verdunstungskälte. Die Wäsche auf der Wäscheleine wird zwar trocken, hat aber beim Trocknen stets eine tiefere Temperatur als die Luft.

Diesen Vorgang kann man mit dem Teilchenmodell erklären. Die Teilchen im Wasser sind unterschiedlich schnell. Die schnellsten von ihnen haben so viel kinetische Energie, dass sie das Wasser verlassen können. Dadurch sinkt die durchschnittliche kinetische Energie der anderen Teilchen, und die Temperatur des Wassers nimmt ab.

Sinkt also beim Badeanzug die Temperatur unter die der Haut, strömt Wärme von der Haut in das Wasser im Badeanzug. Die Haut kühlt dadurch ab.