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Wissenstest, Kinetische Theorie der Wärme

In der kinetischen Theorie der Wärme erfolgt die Beschreibung des Verhaltens von Gasen mit solchen Größen wie Teilchenzahl, mittlere Geschwindigkeit und mittlere kinetische Energie. Diese Teilchengrößen sind unmittelbar mit makroskopisch messbaren Größen wie dem Druck und der Temperatur verbunden. Der Test zeigt Ihnen, ob sie Grundaussagen und Zusammenhänge dieses Gegenstandsbereichs der Physik verstanden haben.

Hier kannst du dich selbst testen. So kannst du dich gezielt auf Prüfungen und Klausuren vorbereiten oder deine Lernerfolge kontrollieren.

Multiple-Choice-Test zum Thema "Physik - Kinetische Theorie der Wärmer".

Viel Spaß beim Beantworten der Fragen!

Energiefreisetzung in biologischen Systemen

Neben den Kohlenhydraten dienen auch Proteine und Fette der Energiebereitstellung für den tierischen Stoffwechsel. Fette sind dabei in erster Linie wichtige Energieträger der Nahrung. Pro Gramm liefern sie mehr als doppelt soviel Energie wie Proteine und Kohlenhydrate. Proteine liefern dem Organismus Aminosäuren, die für die körpereigene Proteinbiosynthese verwendet werden. Überschüssige Aminosäuren werden unter Energiefreisetzung (zu Glucose) abgebaut.

Enzymregulation

Enzyme dürfen im Organismus nicht permanent wirksam sein, weil ansonsten alle biochemischen Reaktionen gleichzeitig mit relativ hoher Geschwindigkeit ablaufen würden. Zum einen hängt die Enzymaktivität von der Temperatur, dem pH-Wert und der Konzentration des Substrats ab.
Außerdem wird die Aktivität von Enzymen nach verschiedenen Mechanismen reguliert. Durch Inhibitoren können Enzyme reversibel oder irreversibel gehemmt werden. Die reversible Enzymhemmung kann nach einem kompetitiven oder einem nicht kompetitiven Mechanismus erfolgen. Ein Sonderfall der nicht kompetitiven Hemmung ist die allosterische Regulation.

Grundlagen spektroskopischer Analysemethoden

Bei spektroskopischen Analysenmethoden wird die Wechselwirkung von elektromagnetischer Strahlung mit Materie, d. h. den Teilchen (Atomen, Molekülen oder Ionen) der Analysenprobe, untersucht.

Organismen leben von freier Energie

Eine Zelle stellt ein energetisch offenes System dar. Ständig tauscht sie mit ihrer Umgebung Stoffe und Energie aus. Diesem Austausch liegen entsprechende physikalische Gesetzmäßigkeiten zugrunde. So erklären der 1. und 2. Hauptsatz der Thermodynamik die energetischen Verhältnisse in biologischen Systemen. Die Gesetze des Fließgleichgewichts gelten für alle biologischen Systeme und leiten sich aus der Nichtgleichgewichts-Thermodynamik her.

James Prescott Joule

* 1818 Salford bei Manchester
† 1889 Sale bei London

Er war ein englischer Naturwissenschaftler, maß das mechanische Wärmeäquivalent und legte damit wesentliche Grundlagen für die Entdeckung des Gesetzes von der Erhaltung der Energie.
Nach ihm ist die heute gebräuchliche Einheit der Energie - das Joule (1 J) benannt.

Kohlenhydrate

Durch Fotosynthese in Pflanzen werden aus den anorganischen Molekülen Wasser und Kohlenstoffdioxid organische Substanzen (Traubenzucker) aufgebaut.

Kohlenhydrate sind nicht nur für den Menschen wichtige Energielieferanten. Einfachzucker (Monosaccharide) bilden die Grundbausteine, aus denen alle komplexeren Kohlenhydrate (Zweifachzucker, Vielfachzucker) aufgebaut sind. Aus den vielfältigen Verknüpfungsmöglichkeiten bis hin zur Ketten- und Ringbildung erklärt sich die große Anzahl der Kohlenhydrate mit ihren unterschiedlichen Eigenschaften.

ATP – Energieüberträger in Zellen oder in Lebewesen

Energie kann viele Zustandsformen haben: Lichtenergie, Wärmeenergie, elektrische Energie oder chemische Energie. Lebende Organismen benötigen zum Aufrechterhalt ihrer Lebensfunktionen chemische Energie. Diese wird durch bestimmte chemische Eigenschaften gespeichert und kann bei Bedarf abgerufen werden, um in Arbeit umgewandelt zu werden. Der wichtigste chemische Energiespeicher der Lebewesen ist ATP (Adenosintriphosphat).

ATP-Synthase

Die Bildung von ATP aus ADP und P erfolgt mit Hilfe des Enzyms ATP-Synthase. Dieses Enzym besteht aus zwei Teilen. Der $F_{0} -Teil$ besitzt einen Tunnel, durch den die Protonen wandern. Sie bringen den $F_{1} -Teil$ , an dem drei aktive Zentren sitzen, zum Rotieren. An diese Zentren lagert sich abwechselnd ADP und P an und reagiert zu ATP. Das Enzym wirkt wie ein Rad. Auf der einen Seite wird ADP und P aufgenommen, auf der anderen ATP entlassen.

Speicherung von chemischer Energie

Autotrophe Organismen stellen aus energiearmen, anorganischen und körperfremden Stoffen energiereiche, organische und körpereigene Stoffe unter Ausnutzung einer äußeren Energiequelle her. Ausgangsgangsstoff für die Bildung der organischen Stoffe sind die gebildeten Glycerinaldehyd-3-phosphatmoleküle bzw. die Glucosemoleküle aus dem CALVIN-Zyklus. Unter anderem mit Hilfe von Mineralstoffen werden dann Kohlenhydrate, Fette, Eiweiße und andere organische Stoffe hergestellt.
Heterotrophe Organismen nehmen diese organischen Stoffe mit der Nahrung auf und bauen sie im Körper entsprechend ihres Bedarfs unter Ausnutzung derer Energie um. Andere entstehende Produkte, wie z. B. Vitamine oder Ballaststoffe nehmen als Wirk- und Ergänzungsstoffe in der täglichen Nahrung einen wichtigen Platz ein.
Aus dem Glycerinaldehyd-3-phosphat des CALVIN-Zyklus werden über Zwischenprodukte weitere Kohlenhydrate wie Glucose, Saccharose, Cellulose und Stärke gebildet.
Bakterien, die zur Fotosynthese befähigt sind, stellen statt Stärke Glykogen her. Fette bestehen aus Glycerin und Fettsäuren. Die Herstellung von Fettsäuren kann im Cytoplasma, in den Chloroplasten und teilweise im Mitochondrium erfolgen, die anschließend in den Chloroplasten mit Glycerin zu Fetten reagieren. Die Einzelbausteine der Eiweiße (Proteine) sind Aminosäuren.
Pflanzen verwenden Nitrate aus der Luft, über die Knöllchenbakterien fixierten Stickstoff oder direkt aufgenommene Ammonium-Ionen zur Bildung von Aminosäuren. Die entstandenen Aminosäuren können später ineinander umgewandelt werden. Die gebildeten Kohlenhydrate, Fette und Eiweiße bzw. ihre Bausteine stellen dann die Grundlage für die Synthese anderer organischer Stoffe dar.

Ermittlung physikalischer Brennwerte in der kalorimetrischen Bombe

Die Kalorimetrie ist ein Verfahren zur Bestimmung von Wärmemengen und Energieumsatz. Damit kann man z. B. den Joule-Gehalt (früher Kalorie: 1 cal = 4,1868 J) von Nahrungsmitteln, die freigesetzte Enthalpie von chemischen Reaktionen oder die frei werdend Energie bei Stoffwechselprozessen von Organismen messen.Die Durchführung erfolgt in einem Kalorimeter oder einer kalorimetrischen Bombe, wobei ein Wärmeaustausch mit der Umgebung durch Isolierung weitgehend verhindert wird.
Eines der ersten Kalorimeter war das Eiskalorimeter von LAVOISIER und LAPLACE von 1780.

Elektronenschaukel

Die beiden Coenzyme ${NAD}^{+}$ und FAD übertragen Elektronen aus den Wasserstoffatomen der Glucose auf die Elektronentransportkette zur Energiegewinnung. Dieses Auf- und Abladen der Elektronen wird als Elektronenschaukel bezeichnet.

Energiefreisetzung aus Fetten und Proteinen

Neben den Kohlenhydraten dienen auch Proteine und Fette der Energiebereitstellung für den Stoffwechsel der Lebewesen. Fette sind dabei in erster Linie wichtige Energieträger der Nahrung. Pro Masseneinheit liefern sie mehr als doppelt soviel Energie als Proteine und Kohlenhydrate. Proteine liefern dem Organismus Aminosäuren, die für die körpereigene Proteinbiosynthese verwendet werden. Überschüssige Aminosäuren werden unter Energiefreisetzung (zu Glucose) abgebaut.

Die Nährstoffe der Nahrung enthalten Energie

Zur Erhaltung der Lebensfunktionen benötigt der Körper täglich Energie. Energieträger sind die Nährstoffe der Nahrung. Die meiste Energie ist in Fetten gespeichert.
Der Energiebedarf (Leistungsumsatz) richtet sich nach der körperlichen Betätigung. Durch Bewegungsarmut und zu viel energiereiche Nahrung ist Übergewichtigkeit zum gesundheitlichen Problem in Industriestaaten geworden. Der Körper kann ein Zuviel der energiereichen Nahrung nicht mehr abbauen und speichert es als Reserve. Als Folge bilden sich Fettpolster, deren Abbau einen hohen körperlichen Energieaufwand benötigt. Auch andere Erkrankungen, die sowohl das Essverhalten als auch die beteiligten Organe betreffen, nehmen ständig zu.

Äquivalenz von Masse und Energie

ALBERT EINSTEIN formulierte in seiner berühmten Arbeit zur speziellen Relativitätstheorie im Jahre 1905: „Die Masse eines Körpers ist ein Maß für dessen Energiegehalt“. Er stellte fest, dass Masse und Energie äquivalente Größen sind und zwischen diesen Größen der fundamentale Zusammenhang $E = m \cdot c^{2}$ existiert. Diese Gleichung ist die Grundlage für das Verständnis der Energiefreisetzung durch Kernspaltung und Kernfusion sowie vieler weiterer physikalischer Prozesse.

Wissenstest, Spezielle Relativitätstheorie

Die von Albert Einstein entwickelte spezielle Relativitätstheorie führte zu neuen Vorstellungen von Zeit und Raum. Die Äquivalenz von Masse und Energie ist die Grundlage für das Verständnis von Kernumwandlungen und den damit verbundenen energetischen Prozessen. Die von Einstein vorhergesagte Ablenkung von Licht an großen Massen wurde durch astronomische Beobachtungen bestätigt. Moderne Kommunikationstechnik wie GPS wäre ohne Kenntnis der Relativitätstheorie nicht möglich gewesen. Im Test können Sie Ihre Kenntnisse über ausgewählte Bereiche der Relativitätstheorie prüfen.

Hier kannst du dich selbst testen. So kannst du dich gezielt auf Prüfungen und Klausuren vorbereiten oder deine Lernerfolge kontrollieren.

Multiple-Choice-Test zum Thema "Physik - Spezielle Relativitätstheorie".

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Selbstorganisation

In der Natur kann man die Ausbildung vielfältiger Strukturen (Kristalle, Zellen, Wirbel, Wolkenformen) beobachten. Dabei bilden sich unter bestimmten Bedingungen aus zunächst unstrukturierten oder wenig strukturierten Zuständen Strukturen heraus. Da diese Vorgänge von selbst ablaufen, wenn die erforderlichen Bedingungen vorliegen, spricht man von Selbstorganisation. Die Theorie der Selbstorganisation, die ab etwa 1970 entwickelt wurde, bezeichnet man auch als Synergetik. Gegenstand der Synergetik ist die Erforschung der spontanen Bildung von Strukturen. Selbstorganisation bedeutet eine Erhöhung der Ordnung im System, die mit einer Entropieminderung verbunden ist.

Energie und ihre Eigenschaften

Energie in ihren verschiedenen Formen wird in vielfältiger Weise genutzt. Dabei spielen unterschiedliche Eigenschaften der Energie eine wichtige Rolle:

	Energie kann gespeichert werden.
	Energie kann von einer Form in andere Formen umgewandelt werden.
	Energie kann von einem Objekt auf andere Objekte übertragen werden.
	Energie kann entwertet werden.

Dabei bleibt in einem abgeschlossenen System die Gesamtenergie erhalten.

Impulserhaltungssatz

Für den Impuls gilt wie für die Energie und den Drehimpuls ein Erhaltungssatz, der als Impulserhaltungssatz oder als Gesetz von der Erhaltung des Impulses bezeichnet wird. Er lautet:

In einem kräftemäßig abgeschlossenen System bleibt der Gesamtimpuls erhalten. Es gilt:
$\vec{p} = \sum_{i = 1}^{n} {\vec{p}}_{i} = \sum_{i = 1}^{n} m_{i} \cdot {\vec{v}}_{i} = konstant$

James Prescott Joule

* 24.12.1818 Salford bei Manchester
† 11.10.1889 Sale bei London

Er war ein englischer Physiker, maß das mechanische Wärmeäquivalent und legte damit wesentliche Grundlagen für die Entdeckung des Gesetzes von der Erhaltung der Energie.
Nach ihm ist die heute gebräuchliche Einheit der Energie - das Joule (1 J) benannt.

Physikalische Systeme

In der Physik wird ein von seiner Umgebung abgegrenzter Bereich als System oder als physikalisches System bezeichnet. Je nach der Art der Abgrenzung zwischen System und Umgebung unterscheidet man zwischen offenen, geschlossenen und abgeschlossenen Systemen.
Physikalische Größen, die in einem abgeschlossenen System einen bestimmten Betrag haben, bezeichnet man als Erhaltungsgrößen. Solche Erhaltungsgrößen sind z.B. die Energie, der Impuls und der Drehimpuls.

Mechanische Arbeit

Mechanische Arbeit wird verrichtet, wenn ein Körper bzw. ein System durch eine Kraft bewegt oder verformt wird.

Formelzeichen:	W
Einheiten:	ein Newtonmeter ( 1 Nm) ein Joule (1 J)

Die mechanische Arbeit beschreibt einen Prozess; sie ist daher im Unterschied zur Energie eine Prozessgröße. In Abhängigkeit von den gegebenen Bedingungen können die verschiedenen Arbeiten mechanischer Arbeit (Hubarbeit, Beschleunigungsarbeit, Reibungsarbeit, Verformungsarbeit) berechnet oder aus einem Kraft-Weg-Diagramm ermittelt werden.

Energie und Arbeit

Die physikalischen Größen Energie und Arbeit hängen eng miteinander zusammen. Wird von einem System oder an einem System Arbeit verrichtet, so ändert sich dessen Energie. Allgemein gilt:

Die von einem System oder an einem System verrichtete Arbeit ist gleich der Änderung seiner Energie.

Energie und Energieerhaltung

Energie ist die Fähigkeit, mechanische Arbeit zu verrichten, Wärme abzugeben oder Licht auszustrahlen.

Formelzeichen:
Einheit:

E
ein Joule (1 J)

Die Energie ist eine Zustandsgröße und in abgeschlossenen Systemen eine Erhaltungsgröße. Für sie gilt der Energieerhaltuntgssatz.

Wissenstest, Mechanische Arbeit, Energie und Leistung

Zentrale Größen der Physik sind die Größen Energie, Arbeit und Leistung. Sie spielen auch weit über die Physik hinaus eine Rolle, insbesondere der Begriff Energie und solche damit zusammenhängenden Begriff wie Energieversorgung, Energieerhaltung, Energietransport oder Energieentwertung. Der Test dient der Prüfung grundlegender Kenntnisse über Energie, Arbeit und Leistung.

Hier kannst du dich selbst testen. So kannst du dich gezielt auf Prüfungen und Klausuren vorbereiten oder deine Lernerfolge kontrollieren.

Multiple-Choice-Test zum Thema "Physik - Energie, mechanische Arbeit und Leistung".

Viel Spaß beim Beantworten der Fragen!