38 24.2 Der Hogwarts-Express Wärmemotoren Wie kann man ungeordnete Bewegungsenergie wieder in geordnete zurückverwandeln? Und was haben Dampfmaschinen und Automotoren gemeinsam? Klebe eine CO2-Patrone an eine Holzleiste und spanne sie an einer Schnur durch den Raum (B 24.9). Wenn du die Membran der Patrone durchschlägst, dann zischt sie davon. Wie hat sich die Temperatur der Patrone verändert, wenn du sie nachher angreifst? Hast du eine Erklärung dafür? B 24.9 Eine CO2-Rakete: Was passiert mit der Temperatur der Patrone? Der Hogwarts-Express (B 24.10) hat die wahrscheinlich berühmteste Dampflok der Welt. Erkläre, wie so ein Ding funktioniert und wozu der Dampf gut ist. B 24.10 Die berühmteste Dampflok der Welt Motoren von Autos (B 24.11) sind ganz anders aufgebaut als die von Dampfmaschinen. Es gibt aber eine große Gemeinsamkeit. Erkläre, welche das ist. B 24.11 Der Motor dieses Sportwagens ist ganz anders als eine Dampfmaschine, aber trotzdem gibt es eine Gemeinsamkeit! A 7 Ziiiiiiiischhhhhh! Klebeband Leiste Ringschrauben A 8 A 9 Wärmeenergie ist die ungeordnete Bewegungsenergie der Teilchen und eigentlich der Friedhof der Energie (Kap. 21.2, S. 8). Wärmemotoren, zu denen auch Dampfmaschinen und Automotoren gehören, können aber die Energie wieder von ihrem Friedhof zurückzuholen und dabei teilweise in geordnete Bewegungsenergie zurückverwandeln. Alle Wärmemotoren haben drei Dinge gemeinsam: ein heißes Gas, einen Zylinder und einen Kolben ( A 9 , B 24.12). B 24.12 Die allgemeine Arbeitsweise eines Wärmemotors: Ein heißes Gas dehnt sich aus und schiebt einen Kolben an. Je heißer das Gas, desto schneller bewegen sich die Teilchen und desto härter prallen sie aufeinander. Der Trick der Wärmemotoren ist es, ein heißes Gas in einen Zylinder zu sperren, der einen beweglichen Kolben besitzt (B 24.12). Durch das Aufprallen der Moleküle wird der Kolben weggedrückt. Das ist vergleichbar damit, dass du Tennisbälle gegen eine Schachtel schießt und sie dadurch verschiebst. Während der Kolben weggeschoben wird, dehnt sich das Gas aus. Seine ungeordnete Wärmebewegung wird teilweise in geordnete Bewegung des Kolbens umgewandelt. Genau so funktioniert eine Dampfmaschine ( A 8 ): Der heiße Dampf kommt in die rechte Kammer (B 24.13 a). Die Gasmoleküle prallen gegen den Kolben und drücken ihn nach links. Die ungeordnete Bewegungsenergie der Moleküle wird teilweise in geordnete Bewegung des Kolbens umgewandelt. Durch die Bewegung schließt sich die rechte Kammer, die linke öffnet sich (b) und das Spiel beginnt wieder von vorne. B 24.13 Eine Dampfmaschine hat, wie alle Wärmemotoren, ein heißes Gas (den Dampf), einen Zylinder und einen Kolben. vorher nachher etwas weniger Wärmeenergie des Gases Wärmeenergie des Gases Bewegung des Kolbens + = = b a c a b ungeordnete Bewegungsenergie geordnete Bewegungsenergie Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv
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