Stilblüten aus Klausuren: Wärme

Die Nachholklausur im Modul Thermodynamik offenbarte trotz ordentlicher Leistungen der Studierenden mal wieder interessante Einblicke in das Verständnis von physikalischen Zusammenhängen.

Zur Thema der kinetischen Gastheorie sollten die Studierenden die Maxwell-Boltzmann-Geschwindigkeitsverteilung erläutern und angeben, wie sich die mittlere Geschwindigkeit der Gasteilchen verändert, wenn sich die Temperatur des Gases vervierfacht bzw. wenn die Masse der Teilchen in Gas 1 vier Mal so groß wie in Gas 2 ist. Der grundlegende Zusammenhang zwischen der mittleren bzw. häufigsten Geschwindigkeit v der Gasteilchen zur Temperatur T und zur Masse m war den Studierenden bekannt (v \propto \sqrt{\frac{T}{m}}), die Bedeutung der Gleichung aber nicht.

Eine basisdemokratische Abstimmung der Verhältnisse der mittleren Geschwindigkeiten der Gasteilchen der beiden Gase ergäbe folgendes Ergebnis:

Ein ähnlich interessantes Verständnis physikalischer Grundlagen zeigt sich bei der (vereinfachten) Fragestellung zur Temperaturveränderung, wenn eine Metallkugel aus einer Höhe von 1,5m auf eine harte Oberfläche trifft und 2/3 der kinetischen Energie in innere Energie umgewandelt wird (die spezifische Wärmekapazität sei 0,1 kJ/(kg K)). Vorgeschlagen wurden Temperaturerhöhungen von 100 K bzw. bis hin zu sogar 600 K – eine vermeintliche Lösung für sämtliche Wärmeprobleme.

Schließlich führte die Frage nach der Zeit, die ein 2-kW-Wasserkocher benötigt, um 2 kg Eis von -20 °C zum vollständigen Verdampfen zu bringen, die Studierenden an das Ende ihrer Vorstellungs- bzw. Rechenkraft. Während viele Studierende die Phasenübergänge des Schmelzens und Verdampfens völlig ignorierten, kamen andere auf eine Dauer von lediglich 9 Minuten bzw. sogar nur 12 Sekunden. Da scheinen zu wenige Studierende zu Hause noch selber Tiefkühlware im Topf zuzubereiten.

Insgesamt zeigen die Antworten, dass vielen Studierenden offensichtlich die Fähigkeit fehlt, die Ergebnisse kritisch zu bewerten bzw. zu hinterfragen. Auch wenn während einer Klausur die Zeit für ein Neurechnen der Aufgabe fehlt, so sollten die Studierenden dennoch in der Lage sein zu erkennen, dass das Ergebnis physikalisch unsinnig ist und man daher den Rechenweg noch einmal überprüfen sollte. Stattdessen wird jedoch auswendig gelerntes Wissen „heruntergerattert“, ohne dass sich ein tieferes Verständnis der Zusammenhänge zeigt. Daran müssen alle Beteiligten – Studierende wie Lehrende – arbeiten, um im Studium diese wesentliche Fähigkeit – die kritische Bewertung von Ergebnissen/Aussagen – zu vermitteln.