## 765 **D) Ein Thermometer misst seine eigene Temperatur, nicht die des zu messenden Objekts.** Diese Aussage ist falsch, denn ein korrekt eingesetztes Thermometer misst tatsächlich die Temperatur des zu messenden Objekts. Durch den thermischen Kontakt stellt sich ein Temperaturgleichgewicht zwischen Thermometer und Messobjekt ein, wodurch das Thermometer genau die Temperatur des Objekts anzeigt. Die anderen Aussagen sind korrekt: Quecksilber dehnt sich mit steigender Temperatur aus (A), die absolute Temperatur hat den Nullpunkt bei -273,15°C und kann nicht negativ werden (B), Celsius und Kelvin haben die gleiche Gradeinheit (C), und die Temperatur eines idealen Gases ist direkt proportional zur kinetischen Energie seiner Teilchen (E). ## 766 **C) 1, 2 und 3 sind richtig** Die Thermodynamik ist ein fundamentaler Bereich der Physik, der sich mit der Umwandlung und dem Transport von Energie beschäftigt. Die Aussagen 1-3 beschreiben zentrale Aspekte: Die Umwandlung von Wärme in andere Energieformen (wie bei Wärmekraftmaschinen), die Wärmeleitung in Festkörpern (wichtig für Wärmetransport und Isolierung) sowie das Verhalten von Gasen bei Temperaturänderungen (beschrieben durch die Gasgesetze) sind klassische thermodynamische Prozesse. Die biologische Temperaturregulation (4) hingegen ist primär Gegenstand der Biologie und Physiologie, auch wenn dabei thermodynamische Prinzipien eine Rolle spielen - sie ist aber kein typischer Untersuchungsgegenstand der Thermodynamik als physikalische Disziplin. ## 767 **B) Wie viel Energie benötigt wird, um die Masse eines Kilogramms des Stoffes um ein Kelvin zu erwärmen.** Die spezifische Wärmekapazität c beschreibt die Energiemenge Q, die benötigt wird, um 1 kg eines Stoffes um 1 K (bzw. 1°C) zu erwärmen. Die Formel $c = \frac{Q}{m \cdot \Delta T}$ zeigt genau diese Beziehung: Die benötigte Energie Q wird durch Masse m und Temperaturänderung ΔT geteilt. Die anderen Optionen sind falsch: A verwechselt c mit Wärmeleistung, C beschreibt die latente Wärme, D verwechselt c mit der Erwärmungsrate und E beschreibt die Schmelz- bzw. Verdampfungswärme. Die spezifische Wärmekapazität ist eine Stoffkonstante und hat die Einheit $\frac{\text{J}}{\text{kg} \cdot \text{K}}$. ## 768 **D) Der Wirkungsgrad einer Carnot-Wärmekraftmaschine ist maximal, wenn der Unterschied zwischen der Temperatur des heißen und des kalten Reservoirs möglichst groß ist.** Der Wirkungsgrad einer Carnot-Wärmekraftmaschine wird durch die Formel $\eta = 1 - \frac{T_k}{T_h}$ beschrieben, wobei $T_k$ die Temperatur des kalten und $T_h$ die des heißen Reservoirs ist (in Kelvin). Je größer der Temperaturunterschied, desto kleiner wird der Quotient $\frac{T_k}{T_h}$ und desto höher der Wirkungsgrad. Die anderen Optionen sind falsch: Der Wirkungsgrad hängt von beiden Temperaturen ab (widerlegt A, B, E), und gleiche Temperaturen würden zu einem Wirkungsgrad von null führen (widerlegt C), da keine Wärme mehr von selbst vom heißen zum kalten Reservoir fließen würde. ## 769 D) 1. und 5. sind richtig Beim Siedeprozess bleiben zwei wichtige Prinzipien bestehen: Erstens bleibt die Temperatur einer siedenden Flüssigkeit konstant (Aussage 1), da die zugeführte Energie vollständig für den Phasenübergang von flüssig zu gasförmig verwendet wird, nicht für die Temperaturerhöhung. Zweitens beginnt das Sieden genau dann, wenn der Dampfdruck der Flüssigkeit dem Umgebungsdruck entspricht (Aussage 5). Die anderen Aussagen sind falsch: Bei weiterer Wärmezufuhr steigt die Temperatur nicht an (widerspricht Aussage 2), der Siedepunkt ist sehr wohl abhängig vom Luftdruck und daher in größeren Höhen niedriger (widerspricht Aussage 3), und das Sieden führt nicht zu einer Abkühlung, sondern hält die Temperatur konstant (widerspricht Aussage 4). ## 770 **A) Wenn der Dampfdruck gleich dem äußeren Luftdruck ist.** Eine Flüssigkeit beginnt zu sieden, wenn ihr Dampfdruck dem äußeren Luftdruck entspricht. An diesem Siedepunkt können sich im gesamten Flüssigkeitsvolumen Dampfblasen bilden, nicht nur an der Oberfläche. Bei normalem Luftdruck (1013 hPa) siedet Wasser beispielsweise bei 100°C. Die anderen Optionen beschreiben physikalisch falsche Konzepte: Der Flüssigkeitsdruck hat keinen Einfluss auf den Siedepunkt (B), die Schmelzwärme bezieht sich auf den Übergang fest-flüssig (C), eine kristalline Struktur existiert in Flüssigkeiten nicht (D), und beim Sieden geht die Flüssigkeit in die Dampfphase über, nicht umgekehrt (E). ## 771 **C) ist direkt proportional zur Konzentrationsunterschied des gelösten Stoffes** Der osmotische Druck folgt dem van't Hoff'schen Gesetz und ist direkt proportional zur Konzentrationsdifferenz der gelösten Teilchen zwischen zwei durch eine semipermeable Membran getrennten Lösungen. Die Membran lässt nur das Lösungsmittel durch, nicht aber die gelösten Teilchen. Dabei spielt die Art der Teilchen keine Rolle (B ist falsch), sondern nur ihre Anzahl - allerdings die der nicht durchlässigen Teilchen (A ist falsch). Der osmotische Druck ist außerdem temperaturabhängig (E ist falsch) und wird in Druck-Einheiten wie Pascal oder bar angegeben, nicht in Newton (D ist falsch). ## 772 **C) Die Wärmeübertragung erfolgt stets vom Körper höherer Temperatur zum Körper niedrigerer Temperatur.** Der Wärmetransport folgt einem fundamentalen Naturgesetz: Wärmeenergie fließt immer spontan von einem wärmeren zu einem kälteren Körper, bis ein thermisches Gleichgewicht erreicht ist. Dies entspricht dem zweiten Hauptsatz der Thermodynamik. Die anderen Optionen sind physikalisch falsch: Wärmeübertragung kann auch ohne Berührung durch Strahlung erfolgen (A), die Flussrichtung ist genau umgekehrt zu B, die Übertragungsgeschwindigkeit hängt direkt vom Temperaturgradienten ab (D), und der Prozess ist irreversibel, da dabei immer Entropie zunimmt (E). ## 773 **C) Kühlt man 4°C kaltes Wasser noch weiter ab, so vergrößert sich sein Volumen wieder.** Die Anomalie des Wassers beschreibt die besondere Eigenschaft, dass Wasser bei 4°C seine größte Dichte hat. Wird es unter 4°C abgekühlt, nimmt sein Volumen zu und seine Dichte ab - entgegen dem normalen Verhalten von Stoffen. Dies liegt an der besonderen Struktur der Wassermoleküle, die sich durch Wasserstoffbrückenbindungen zu einer lockeren Kristallstruktur anordnen. Option A ist falsch, da Eis eine geringere Dichte als flüssiges Wasser hat (deshalb schwimmt es). Option B stimmt nicht, da zwischen 0-4°C eine Volumenabnahme bei Erwärmung stattfindet. D ist falsch, da kälteres Wasser (0-4°C) oben schwimmt. E verwechselt Volumen und Dichte - bei 4°C hat Wasser sein kleinstes Volumen und seine größte Dichte. ## 774 **C) Wärme entsteht bei der Änderung der thermischen Energie eines Objekts, während Temperatur ein Maß für die mittlere kinetische Energie der Teilchen in einem Objekt ist.** Wärme und Temperatur sind zwei unterschiedliche physikalische Größen, die oft verwechselt werden. Temperatur ist ein Maß dafür, wie schnell sich die Teilchen eines Objekts im Durchschnitt bewegen - je höher die Temperatur, desto mehr "wackeln" die Teilchen. Wärme hingegen beschreibt den Energietransfer zwischen Objekten unterschiedlicher Temperatur, wobei Energie immer vom wärmeren zum kälteren Objekt fließt. Die anderen Optionen sind falsch, weil sie entweder die Begriffe vertauschen (A, D), ihnen falsche Eigenschaften zuordnen (B) oder sie fälschlicherweise gleichsetzen (E). ## 775 **A) Die mittlere kinetische Energie der Teilchen steigt bei Erwärmung, wodurch sich durch heftigere Schwingungen der mittlere Abstand zwischen den Teilchen vergrößert.** Die thermische Ausdehnung von Festkörpern basiert auf dem physikalischen Prinzip der temperaturabhängigen Teilchenbewegung. Bei steigender Temperatur nimmt die kinetische Energie der Atome oder Moleküle zu, was zu stärkeren Schwingungen um ihre Gleichgewichtspositionen im Kristallgitter führt. Diese verstärkten Schwingungen vergrößern den durchschnittlichen Abstand zwischen den Teilchen, was makroskopisch als Volumenausdehnung sichtbar wird. Die falschen Antwortoptionen enthalten häufige Missverständnisse: Teilchen werden nicht weicher (B), Wärmeenergie selbst benötigt kein Volumen (C), wirkt nicht direkt als abstoßende Kraft (D), und die Ausdehnung ist ein realer molekularer Effekt (E). ## 776 **E) 1. und 3. sind richtig: Der Schnee schmilzt und die Mischung kühlt sich ab.** Wenn Kochsalz auf Schnee gestreut wird, löst dies einen endothermen Prozess aus. Das Salz senkt den Gefrierpunkt des Wassers (Gefrierpunktserniedrigung), wodurch der Schnee auch bei Temperaturen unter 0°C schmilzt. Für diesen Phasenübergang wird Energie benötigt, die der Umgebung in Form von Wärme entzogen wird. Dadurch kühlt sich die Mischung unter die Ausgangstemperatur von -2°C ab. Die Temperatur bleibt nicht konstant (4. falsch) und eine Erwärmung (2. falsch) findet nicht statt - im Gegenteil: Dieser Effekt wird sogar praktisch beim Herstellen von Speiseeis genutzt, wo durch Kältemischungen aus Eis und Salz Temperaturen bis etwa -21°C erreicht werden können. ## 777 **D) Konvektion durch Luftströmung** Bei der Raumheizung ist Konvektion der wichtigste Wärmeübertragungsmechanismus. Die Heizung erwärmt die umgebende Luft, wodurch diese an Dichte verliert und aufsteigt. Kühlere, dichtere Luft strömt nach und wird ebenfalls erwärmt. Dieser kontinuierliche Kreislauf verteilt die Wärme im gesamten Raum. Wärmeleitung durch Luft (A) ist ineffizient, da Luft ein schlechter Wärmeleiter ist. Wärmestrahlung (B) spielt zwar eine Rolle, ist aber weniger bedeutend als Konvektion. Diffusion von Wasserdampf (C) betrifft Feuchtigkeitstransport, nicht primär Wärmeübertragung. Osmose (E) ist ein Prozess des Stofftransports durch semipermeable Membranen und hat mit Raumheizung nichts zu tun. ## 778 **B) Die kinetische Energie der Gasteilchen nimmt zu.** Die Ausdehnung von Gasen bei Erwärmung basiert auf der Zunahme der kinetischen Energie der Gasteilchen. Wenn die Temperatur steigt, bewegen sich die Gasteilchen schneller und stoßen häufiger und heftiger gegeneinander und gegen die Gefäßwände. Dadurch beanspruchen sie mehr Raum, was zur Volumenvergrößerung führt. Die anderen Antwortoptionen enthalten typische Fehlvorstellungen: Die Teilchengröße bleibt konstant (A), es entstehen keine neuen Teilchen (C), die Anziehungskräfte zwischen Gasteilchen sind vernachlässigbar klein und werden bei Erwärmung sogar noch geringer (D), und die Volumenänderung ist ein experimentell nachweisbarer Effekt (E). ## 779 **D) Unterhalb von 4°C nimmt die Dichte von Wasser ab.** Wasser zeigt eine besondere Anomalie: Seine höchste Dichte liegt bei 4°C mit 1 $\text{g}/\text{cm}^3$. Wird es kälter, weiten sich die Wassermoleküle durch ihre besondere Wasserstoffbrückenbindungen aus und bilden eine offenere Kristallstruktur - die Dichte nimmt ab. Deshalb schwimmt Eis (Dichte 0,92 $\text{g}/\text{cm}^3$) auf Wasser. Über 4°C nimmt die Dichte durch die zunehmende Molekülbewegung kontinuierlich ab (A ist nur teilweise richtig). B ist falsch, da Eis eine geringere Dichte hat. C verwechselt 0°C mit 4°C, und E ignoriert die temperaturabhängige Dichteänderung komplett. ## 780 **A) Wenn der Dampf in den flüssigen Zustand übergeht.** Kondensation ist der Phasenübergang vom gasförmigen in den flüssigen Aggregatzustand, bei dem die Wassermoleküle ihre kinetische Energie abgeben und sich wieder zu einer Flüssigkeit zusammenlagern. Dabei wird Kondensationswärme frei - im Gegensatz zur Verdampfung, bei der Energie aufgenommen wird (Option C ist daher falsch). Der Dampfdruck (Option B) und der Luftdruck spielen zwar eine Rolle bei den Bedingungen für Kondensation, beschreiben aber nicht den Vorgang selbst. Die Oberflächenspannung (D) ist eine Eigenschaft von Flüssigkeiten und nicht relevant für den Kondensationsprozess. Option E verwechselt grundlegende physikalische Konzepte des Phasenübergangs. ## 781 **C) W = 500 J** Der Wirkungsgrad eines Carnot-Prozesses wird durch die Formel $\eta = 1 - \frac{T_{\text{kalt}}}{T_{\text{warm}}}$ berechnet. Mit den gegebenen Temperaturen $T_{\text{warm}} = 600 \text{ K}$ und $T_{\text{kalt}} = 300 \text{ K}$ ergibt sich $\eta = 1 - \frac{300 \text{ K}}{600 \text{ K}} = 0,5$ oder 50%. Der Wirkungsgrad gibt an, welcher Anteil der zugeführten Wärme in mechanische Arbeit umgewandelt wird. Bei einer zugeführten Wärmemenge von 1000 J beträgt die Arbeitsleistung somit $W = \eta \cdot Q_{\text{zu}} = 0,5 \cdot 1000 \text{ J} = 500 \text{ J}$ ## 782 **B) 1., 2. und 3.** Wenn heißes Wasser in eine dickwandige Glasflasche gefüllt wird, erwärmt sich zunächst die innere Glaswand schnell, während die äußere Wand noch kalt bleibt (1). Das Glas dehnt sich durch die Erwärmung aus (2), aber diese Ausdehnung erfolgt ungleichmäßig: Die innere, heiße Schicht will sich stärker ausdehnen als die äußere, kalte Schicht. Dadurch entstehen starke mechanische Spannungen im Glas (3), die zum Zerbrechen führen können. Der Dampfdruck des Wassers (4) spielt dabei keine wesentliche Rolle, da die Flasche offen ist und der Druck entweichen kann. Dieses Phänomen ist ein klassisches Beispiel für thermische Spannungen in Materialien und der Grund, warum Laborglas speziell gehärtet oder dünnwandig sein muss. ## 783 **B) Die Temperaturskala nach Kelvin umfasst den positiven und negativen Wertebereich.** Die Kelvin-Skala beginnt beim absoluten Nullpunkt bei 0 K (entspricht -273,15°C) und erstreckt sich nur in den positiven Bereich. Es gibt keine negativen Kelvin-Werte, da keine Temperatur unter dem absoluten Nullpunkt möglich ist. Die anderen Aussagen sind korrekt: Das Kelvin ist tatsächlich die SI-Einheit der Temperatur (A), Temperaturänderungen sind in beiden Skalen gleich groß (C), Wasser gefriert bei etwa 273,15 K (D), und Temperaturunterschiede können äquivalent in °C oder K angegeben werden (E). ## 784 **C) Der Druck p steigt durch vermehrte elastische Stöße der Teilchen mit der Gefäßwand.** In einem verschlossenen Gefäß mit idealem Gas führt eine Temperaturerhöhung zu einer höheren kinetischen Energie der Gasteilchen. Diese bewegen sich dadurch schneller und prallen häufiger und mit größerer Wucht gegen die Gefäßwand, was den Druck erhöht. Da das Volumen konstant bleibt (verschlossenes Gefäß) und die Stoffmenge sich nicht ändert (keine Teilchen können entweichen), muss gemäß der idealen Gasgleichung $p \cdot V = n \cdot R \cdot T$ der Druck p proportional zur Temperatur T steigen. Die anderen Optionen sind physikalisch falsch: Die Stoffmenge bleibt konstant (A), das Volumen ist fixiert (B), die Temperatur steigt statt zu sinken (D) und die Teilchengeschwindigkeit nimmt zu statt ab (E). ## 785 **C) 2 und 3 sind richtig** Bei Erwärmung von Materie bleiben die Teilchen selbst unverändert - sie werden weder größer (1) noch zerfallen sie (4). Stattdessen erhöht sich ihre kinetische Energie, wodurch sie sich schneller bewegen (2). Diese verstärkte Bewegung führt dazu, dass sich die Abstände zwischen den Teilchen vergrößern (3), was makroskopisch als thermische Ausdehnung sichtbar wird. Dies erklärt auch alltägliche Phänomene wie das Aufsteigen warmer Luft oder die Funktionsweise eines Thermometers, bei dem sich die Flüssigkeit bei Erwärmung ausdehnt. ## 786 **A) Die Änderung der inneren Energie eines Systems ist gleich der Summe aus zugeführter Wärme und verrichteter Arbeit am System.** Der Erste Hauptsatz der Thermodynamik beschreibt die Energieerhaltung in thermodynamischen Systemen. Er besagt, dass die Änderung der inneren Energie (ΔU) eines Systems gleich der Summe aus zugeführter Wärme (Q) und der am System verrichteten Arbeit (W) ist: $\Delta U = Q + W$. Wichtig ist die Vorzeichenkonvention: Wird Wärme zugeführt oder Arbeit am System verrichtet, sind diese Größen positiv. Option B ist falsch, da sie eine Differenz statt einer Summe angibt. Option C ignoriert den Arbeitsterm vollständig. Option D vertauscht die Richtung des Energieflusses (vom System weg statt zum System hin). Option E ist grundsätzlich falsch, da die innere Energie durchaus abnehmen kann, wenn Wärme abgeführt wird, aber nicht zwingend null wird. ## 787 **D) Der Metallöffel erwärmt sich bei gleicher Wärmezufuhr stärker als der Holzlöffel, da seine spezifische Wärmekapazität geringer ist.** Die spezifische Wärmekapazität gibt an, wie viel Energie benötigt wird, um 1 kg eines Stoffes um 1 K zu erwärmen. Da der Metalllöffel eine geringere spezifische Wärmekapazität (450 J/(kg·K)) als der Holzlöffel (1700 J/(kg·K)) hat, benötigt er weniger Energie für die gleiche Temperaturerhöhung. Bei gleicher Wärmezufuhr steigt seine Temperatur daher stärker an. Option A ist falsch, weil die aufgenommene Wärmeenergie von der spezifischen Wärmekapazität abhängt, nicht nur von der Masse. Option B verwechselt Ursache und Wirkung. Option C ist falsch, da Metalle tatsächlich bessere Wärmeleiter sind. Option E ignoriert den Einfluss der unterschiedlichen spezifischen Wärmekapazitäten. ## 788 **D) Wenn Eis schmilzt, nachdem Salz darauf gestreut wurde, wird Wärme aus der Umgebung aufgenommen, wodurch sich die entstehende Lösung abkühlt.** Beim Schmelzvorgang von Eis wird Energie (Schmelzwärme) benötigt. Wenn Salz auf Eis gestreut wird, senkt es den Gefrierpunkt des Wassers (kolligative Eigenschaft), wodurch Eis auch bei Temperaturen unter 0°C schmelzen kann. Diese Energieaufnahme erfolgt aus der unmittelbaren Umgebung, was zu deren Abkühlung führt. Die anderen Optionen enthalten Fehler: Die Gefrierpunktserniedrigung hängt tatsächlich von der Teilchenzahl ab (A falsch), Salz lässt Eis nur schmelzen, wenn die Temperatur über dem neuen Gefrierpunkt liegt (B falsch), die Gefrierpunktserniedrigung ist praktisch begrenzt (C falsch) und tritt bei allen gelösten Stoffen auf, nicht nur bei NaCl (E falsch).