So ein armes Würstchen …

Landeswettbewerb der 33.Österreichischen Physikolympiade 2014
Experimentelles Beispiel
Aufgaben
So ein armes Würstchen …
In dieser Aufgabe wollen wir uns einigen Eigenschaften von Partywürstchen widmen. Es sollen das
elektrische Verhalten und das Verhalten gegenüber Wärmezufuhr ermittelt werden.
Materialliste:
3 4,5V Flachbatterien (alle 3 Batterien sind in Serie zu schalten!)
2 Partywürstchen,
7 Kabel mit Krokoklemmen
1 Heißleiter als Temperaturfühler (Temperatur-Widerstands-Diagramm beiliegend)
5 Nägel als Kontaktgeber und Lochhilfe für den Temperaturfühler
1 Maßband
1 Papierteller
2 Blatt Küchenpapier
2 Multimeter mit Anschlusskabeln
1 Uhr
Bestimme für die späteren Untersuchungen zerstörungsfrei Umfang, Durchmesser und
Querschnittsfläche der Würstchen. Stecke im Abstand
je einen Nagel quer durch ein
Würstchen. Sie dienen als Kontaktierung für die Untersuchung des elektrischen Leitverhaltens.
Verwende die Nägel nur einmal, da sich ihre Oberfläche während des Versuchs verändert.
A
Bestimme für ein Würstchen über
nach je 60 Sekunden Spannung und Stromstärke
(Messbereich mindestens
). Zeichne dazu vorher einen geeigneten Schaltplan.
Bestimme dazu auch jeweils den aktuellen Widerstand und die aktuelle Leistung. Zeichne mit den
Messwerten Diagramme für die zeitliche Entwicklung von Widerstand und Leistung.
4 Punkte für Tabellen und Diagramme
B
Führe mit dem zweiten Würstchen eine ähnliche Untersuchung durch. Das Messgerät, mit dem bei A
die Spannung gemessen wurde, wird jetzt als Ohmmeter (Messbereich
) für den
Temperaturfühler verwendet. Der Temperaturfühler wird in der Mitte zwischen den beiden
Kontaktnägeln in ein Loch gesteckt, das vorher mit dem fünften Nagel vorbereitet wurde. Bestimme
für dieses Würstchen über
nach je 60 Sekunden Stromstärke und Widerstand. Ermittle mit Hilfe
des beiliegenden Diagramms die den Widerstandswerten entsprechenden Temperaturen und trage
sie auch in die Tabelle ein. Zeichne mit den Messwerten ein Diagramm für die zeitliche Entwicklung
der Temperatur.
2 Punkte für Tabelle und Diagramme
Mag. Heimo Hergan, Dr. Peter Steinbach – Graz
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Landeswettbewerb der 33.Österreichischen Physikolympiade 2014
Experimentelles Beispiel
Aufgaben
C
Ermittle mit Hilfe der Messwerte der Aufgaben A und B sowohl den spezifischen Widerstand als auch
den spezifischen Leitwert der Würstelmasse für die Anfangs- und die Endtemperatur der
Untersuchungen. Welchen Wert hat der lineare Temperaturkoeffizient des spezifischen Widerstands
bzw. spezifischen Leitwerts. (Nimm an, dass sich in diesem Experiment Widerstand bzw. Leitwert
linear verändern).
( ) (
(
)) und analog für )
( ( )
2 Punkte für spezifischen Leitwert bzw. spezifischen Widerstand und deren lineare
Temperaturkoeffizienten
D
Ermittle aus dem Zeit-Leistungs-Diagramm aus Aufgabe A (durch grafisch-numerische Integration) die
gesamte über 6 Minuten zugeführte Energie. Aus den Messwerten in Aufgabe B lässt sich die
Temperaturdifferenz zwischen Anfang und Ende der Messungen bestimmen. Tatsächlich erwärmt
werden nur etwa 4g des Würstchens. Wie groß ist die spezifische Wärmekapazität der
Würstelmasse? (Nimm an, dass nur die Hälfte der zugeführten Energie zur Erwärmung beiträgt)
2 Punkte für Gesamtenergie und spezifische Wärmekapazität
Viel Spaß und viel Erfolg
Mag. Heimo Hergan, Dr. Peter Steinbach – Graz
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