Wasserkocher-Rennen: Energie ist Leistung mal Zeit

Ein Lernspiel mit Simulation. Ein Wasserkocher wandelt elektrische Energie in Wärme um, E = P·t, und Wasser zu erwärmen braucht E = m·c·ΔT. Sag eine Kochzeit voraus, die Energie in 3 Minuten, die Zeit mit 10 % Verlust, die Leistung, die einen halben Liter in einer Minute kocht, und einen 230-V-Kocher an 115 V.

Elektrische EnergieWasser erhitzen

WASSERKOCHER-RENNEN

Einen Liter kochen

Bereit
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Zufließende EnergieKaltes WasserHeißes WasserDeine Vorhersage
Elektrische EnergieE = P·t = m·c·ΔT

Zeit

0.00 s

t

Gelieferte Energie

— kJ

E = P·t

Wassertemperatur

— °C

T

Leistung

— W

P

Sag voraus, bevor du startest

Gib deine Vorhersage ein, um den Versuch vorzubereiten. Start bleibt aus, bis eine Antwort da ist.

Sag Energien, Leistungen und Kochzeiten voraus.

Missionspunkte—

Jede Antwort muss auf 2 % stimmen: Jede bringt 100 Punkte. Richtig im ersten Versuch bringt 50 dazu. Ein Versuch zählt, sobald er beginnt.

✓ Richtige Antwort① Auf Anhieb

So spielst du Wasserkocher-Rennen

  1. Wähle einen Versuch und lies auf der Karte den Kocher und das Wasser.
  2. Finde mit m·c·ΔT die Wärme, die das Wasser braucht, und nimm E = P·t für die Zeit, die Energie oder die Leistung.
  3. Gib deine Vorhersage ein und drücke Start. Der Kocher erhitzt das Wasser beschleunigt und tritt in den Zeitversuchen gegen deinen Kocher an.
  4. Vergleiche das Thermometer, die Uhr und das Diagramm mit deiner orangen Vorhersage.

Elektrische Energie

Leistung ist die Rate, mit der Energie übertragen wird, also ist die Energie eines Geräts seine Leistung mal die Zeit, die es läuft: E = P·t, in Joule, wenn P in Watt und t in Sekunden ist. Ein Wasserkocher wandelt diese Energie in Wärme um. Wasser zu erwärmen braucht E = m·c·ΔT, wobei m die Masse, ΔT der Temperaturanstieg und c = 4180 J/(kg·°C) die spezifische Wärmekapazität von Wasser ist: Ein Liter braucht 4180 J pro Grad. Zusammen ist die Kochzeit t = m·c·ΔT ÷ P: Ein stärkerer Kocher ist schneller, und mehr Wasser oder ein kälterer Start dauern länger. Echte Wasserkocher verlieren etwas Wärme an die Luft und an den Kocher selbst, also erreicht nur ein Teil der Energie, der Wirkungsgrad, das Wasser. In einem Land mit halber Spannung behält das Heizelement seinen Widerstand, nimmt also ein Viertel seiner Leistung auf und braucht viermal so lange.

Ein fokussiertes Lernmodell

Das Wasser erwärmt sich gleichmäßig vom Start an und bleibt bei 100 °C, sobald es kocht; der Kocher selbst nimmt keine Wärme auf, und es geht keine Wärme verloren, außer ein Wirkungsgrad ist angegeben. c = 4180 J/(kg·°C) und 1 L Wasser ist 1 kg. Das Heizelement behält seinen Widerstand, also nimmt der Kocher an 115 V (115 ÷ 230)² seiner Leistung auf. Jeder Versuch läuft beschleunigt und dauert etwa 4 s; die Beschleunigung steht in der Szene. Antworten innerhalb von 2 % sind richtig.

Beim Sprachwechsel bleiben Versuch, Vorhersage, Versuche und Durchgang erhalten.