Tauchsieder 1
U1
Tauchsieder 2
U2
Stromstärke I1
0,0 A
Spannung U1
0,0 V
Stromstärke I2
0,0 A
Spannung U2
0,0 V
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Die Simulation zeigt zwei ähnliche Tauchsieder, die sich jedoch etwas in ihrem Widerstand unterscheiden. Sie tauchen in ein thermisch isoliertes Gefäß mit 400 g Wasser.
Über die Schieberegler lassen sich die beiden Geräte bei gleicher Spannung oder bei gleichem Strom betreiben.
Der Betrag der in innere Energie des Wassers umgesetzten elektrischen Energie wird anhand der Erwärmung des Wassers ermittelt.
Hinweis: Um 1 g Wasser um 1 °C zu erwärmen, benötigt man 4,2 Joule (4,2 Ws) Energie.
Die Wärmekapazität des Tauchsieders selbst wird in der Rechnung vernachlässigt.
Berechne für die beiden Tauchsieder die umgesetzte elektrische Energie bei einer Heizdauer von 60 s und die in dieser Zeit aufgenommene Energie bei:
a) gleicher Betriebsspannung und
b) gleicher Stromstärke.
Gib Gründe für die Abweichungen an.
Hinweis: Spannung und Stromstärke lassen sich mit Hilfe der Schieberegler in Verbindung mit den jeweiligen Anzeigefeldern links und rechts einstellen.
a) gleicher Betriebsspannung und
b) gleicher Stromstärke.
Gib Gründe für die Abweichungen an.
Hinweis: Spannung und Stromstärke lassen sich mit Hilfe der Schieberegler in Verbindung mit den jeweiligen Anzeigefeldern links und rechts einstellen.
a) U wird bei beiden Tauchsiedern z. B. auf 231 V eingestellt. Damit ist I1 = 6,2 A und I2 = 3,1 A.
Die Wassertemperatur steigt nach 60 s bei Tauchsieder 1 von 18 °C auf 65 °C, bei Tauchsieder 2 von 18 °C auf 40 °C.
ΔEel,1 = U · I · Δt = 231 V · 6,2 A · 60 s ≈ 86 kJ;
ΔEel,2 = U · I · Δt = 231 V · 3,1 A · 60 s ≈ 43 kJ.
ΔEin,1 = c · m · Δϑ = 4,2 J/(g · K) · 400 g · 47 K ≈ 79 kJ;
ΔEin,2 = c · m · Δϑ = 4,2 J/(g · K) · 400 g · 22 K ≈ 37 kJ.
(ΔEin = innere Energie)
Nur jeweils rund 90 % der elektrischen Energie wird in innere Energie des Wassers umgesetzt. Der Rest wird auf die Umgebung (Gefäß, Luft, ...) übertragen.
b) Führe eine analoge Betrachtung durch mit unterschiedlicher Betriebsspannung bei gleicher Stromstärke.
Benutze dazu wieder die Schieberegler.
Die Wassertemperatur steigt nach 60 s bei Tauchsieder 1 von 18 °C auf 65 °C, bei Tauchsieder 2 von 18 °C auf 40 °C.
ΔEel,1 = U · I · Δt = 231 V · 6,2 A · 60 s ≈ 86 kJ;
ΔEel,2 = U · I · Δt = 231 V · 3,1 A · 60 s ≈ 43 kJ.
ΔEin,1 = c · m · Δϑ = 4,2 J/(g · K) · 400 g · 47 K ≈ 79 kJ;
ΔEin,2 = c · m · Δϑ = 4,2 J/(g · K) · 400 g · 22 K ≈ 37 kJ.
(ΔEin = innere Energie)
Nur jeweils rund 90 % der elektrischen Energie wird in innere Energie des Wassers umgesetzt. Der Rest wird auf die Umgebung (Gefäß, Luft, ...) übertragen.
b) Führe eine analoge Betrachtung durch mit unterschiedlicher Betriebsspannung bei gleicher Stromstärke.
Benutze dazu wieder die Schieberegler.
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Maria Beier, Dr. Irmtraud Beyer, Manfred Bergau
Prof. Dr. Susanne Bickel-Sandkötter, Dr. Angelika Gauß
Paul Gietz, Carola Gorke, Barbara Hoppe, Dr. Jürgen Kirstein
et al., Andrea Kunz, Prof. Dr. Horst Müller, Prof. Dr. Peter Möller
Reinhard Peppmeier, Dr. Helmut Prechtl, Burkhard Priesnitz
Sonja Riedel, Hans Joachim Rösner, Bernd Schäpers
Burkhard Schäfer, Karola Schnurr, Thomas Seilnacht
Dr. Hans-Jürgen Seitz, Bernhard Spieldenner, Gregor Svoboda
Karl-Heinz Umlauft, Heiko Wontroba, Martina Weißmeyer
Dr. Norbert Welsch et al., Welsch & Partner,Jörg Wolter
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Welsch & Partner, Tübingen
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Mathias Balonier, Lützelbach
DIM Digitale Medien, Berlin
iAS interActive Systems GmbH, Marburg
Dr. Jürgen Kirstein et al, TU Berlin Jörg Mair, Herrsching
Karin Mall, Berlin Alfred Marzell, Schwäbisch Gmünd
normaldesign GbR (Maria und Jens-Peter Becker), s.u. PSE
Bernhard Spieledenner, Schwalbach/Saar
Welsch & Partner, Tübingen
Prof. Jürgen Wirth, Dreieich
Grafiken PSE
normaldesign GbR (Maria und Jens-Peter Becker),
Schwäbisch Gmünd
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