spezifische_waerme
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Der Proportionalitätsfaktor C heißt Wärmekapazität des Körpers; der massenbezogene Wert c = C/m spezifische Wärmekapazität (kurz auch spezifische Wärme). Die spezifische Wärmekapazität ist eine Materialgröße, | Der Proportionalitätsfaktor C heißt Wärmekapazität des Körpers; der massenbezogene Wert c = C/m spezifische Wärmekapazität (kurz auch spezifische Wärme). Die spezifische Wärmekapazität ist eine Materialgröße, | ||
- | **Leben braucht Energie, setzt Energie um - und das nicht nur, wenn man läuft, also mechani-sche Arbeit produziert. Auch im Schlaf hat der Mensch noch einen Grundumsatz von etwa 7 //MJ/Tag// oder auch 80 Watt, erforderlich, | + | **Leben braucht Energie, setzt Energie um - und das nicht nur, wenn man läuft, also mechani-sche Arbeit produziert. Auch im Schlaf hat der Mensch noch einen Grundumsatz von etwa 7 //MJ/Tag// oder auch 80 Watt, erforderlich, |
Das heißt nun wieder: Könnte man einen Menschen völlig wärmeisoliert lagern, so müsste ihn sein Grundumsatz mit einer Geschwindigkeit von etwa 1 //K/h// aufheizen. Schneller kann Fieber aus rein wärmetechnischen Gründen nicht steigen.** | Das heißt nun wieder: Könnte man einen Menschen völlig wärmeisoliert lagern, so müsste ihn sein Grundumsatz mit einer Geschwindigkeit von etwa 1 //K/h// aufheizen. Schneller kann Fieber aus rein wärmetechnischen Gründen nicht steigen.** | ||
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+ | Bezieht man die Wärmekapazität auf die Stoffmenge (molare Wärmekapazität) bzw. auf die Teilchenzahl, | ||
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+ | Die spezifischen bzw. molaren Wärmekapazitäten sind im Allgemeinen nicht konstant, sondern von der Temperatur abhängig. Die Abhängigkeit ist bei tiefen Temperaturen (nahe dem absoluten Nullpunkt) besonders stark, woraus Rückschlüsse auf den Quantencharakter der Materie gezogen werden können. Beim vorliegenden Versuch kann jedoch innerhalb der kleinen beobachteten Temperaturintervalle und wegen der relativ hohen Temperatur (Zimmertemperatur) die spezifische Wärme als konstant betrachtet werden. | ||
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+ | ==== Temperaturausgleich ==== | ||
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+ | Bringt man zwei Körper unterschiedlicher Temperaturen < | ||
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+ | <m> | ||
+ | (2) c_1 m_1 (T_m-T_1) = c_2 m_2 (T_2-T_m) | ||
+ | </ | ||
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+ | ==== Schmelzwärme, | ||
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+ | Die auseinanderstrebende Wärmebewegung der Teilchen und die anziehenden Bindungskräfte sind gegenläufige Tendenzen, deren Verhältnis zueinander den Bindungszustand der Materie bestimmt, z.B. die // | ||
+ | Zufuhr oder Abgabe von Wärme führt an Phasenübergängen zu einer Änderung der Phase. Dabei bleibt die Temperatur solange konstant, bis die gesamte Stoffmenge in die andere Phase übergegangen ist. Aufgenommene Wärmeenergie wird z.B. benötigt, um Arbeit gegen die strukturellen Bindungskräfte der Materie zu verrichten; d.h. bei einem Schmelzvorgang die Kristallstruktur aufzubrechen oder bei der Verdampfung den Abstand zwischen den Molekülen genügend zu vergrößern. Die zur Umwandlung benötigte Wärme bezeichnet man als // | ||
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+ | ===== Versuchsdurchführung ===== | ||
+ | Für die Messungen wird ein // | ||
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+ | Hier Bild einfügen | ||
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+ | Abb. 1: Kalorimeter mit Heizwendel und Thermometer | ||
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+ | ==== Zu Aufgabe 1 ==== | ||
+ | (Vorversuch zum Wasseräquivalent) | ||
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+ | Da das Kalorimeter an allen Austauschprozessen beteiligt ist, muss dessen Wärmekapazität berücksichtigt und in einem Vorversuch ermittelt werden. Dazu wird kaltes Wasser (< | ||
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+ | <m> | ||
+ | (3) C_K (T_R-T_m) = c_W m_W (T_m-T_1) | ||
+ | </m> | ||
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+ | Da die spezifische Wärme < | ||
+ | |||
+ | <m> | ||
+ | (4) m = m_W + m_Ä | ||
+ | </m> | ||
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+ | ====Zu Aufgabe 2 (Spezifische Wärme von Wasser) ==== | ||
+ | Es wird die noch im Kalorimeter befindliche Wasserprobe vom Vorversuch benutzt. Durch eine kleine elektrische Heizung kann der Wasserprobe eine bestimmte Wärmemenge < | ||
+ | |||
+ | <m> | ||
+ | (5) \Delta Q = U I \Delta t | ||
+ | </m> | ||
+ | |||
+ | wobei //I// die Stromstärke und //U// die Spannung am Widerstand ist. Die Temperaturerhöhung soll aus Genauigkeitsgründen mindestens 10 //K// betragen. Anfangs- und Endtemperatur sollen symmetrisch zur Zimmertemperatur liegen um systematische Fehler durch Wärmeaustausch mit der Umgebung wegen unzureichender thermischer Isolation des Kalorimeters möglichst gering zu halten. | ||
+ | |||
+ | ==== Zu Aufgabe 3 (Schmelzwärme) ==== | ||
+ | Die Schmelzwärme wird aus der Abkühlung bestimmt, die schmelzendes Eis bei einer Wasserprobe verursacht. Bei Aufstellung der Messgleichung müssen drei Anteile am Wärmeaustausch berücksichtigt werden: für das Eis die Aufnahme der Schmelzwärme und die anschließende Aufwärmung von < | ||
+ | |||
+ | Als Wasserprobe wird wieder das noch im Kalorimeter befindliche warme Wasser aus dem Heizversuch benutzt. Die Eismasse sollte etwa 50 //g// betragen (zwei große Würfel). Das Eis aus der Kühlbox muss eine Weile in einem Wasserbad gehalten werden, um die Temperatur 0 //°C// anzunehmen. | ||
+ | |||
+ | ===== Literaturwerte ===== | ||
+ | Spezifische Wärmekapazität von Wasser bei 20 //°C//: | ||
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+ | < | ||
+ | c_W = 4,1818 \frac{kJ}{kg K} | ||
+ | </ | ||
+ | |||
+ | Spezifische Schmelzwärme von Wasser: | ||
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+ | < | ||
+ | \Gamma_E = 333,7 \frac{kJ}{kg} | ||
+ | </ | ||
+ | |||
+ | Spezifische Verdampfungswärme von Wasser bei p = 1,0132 //bar// und T = 373,15 //K// | ||
+ | |||
+ | < | ||
+ | \Gamma_{V1} = 2255,5 \frac{kJ}{kg} | ||
+ | </ | ||
+ | |||
+ | Spezifische Verdampfungswärme von Wasser bei p = 1,0132 //bar// und T = 273,15 //K// | ||
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+ | < | ||
+ | \Gamma_{V2} =2500, | ||
+ | </ | ||
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+ | (Quelle: KOHLRAUSCH; Praktische Physik 3; p.43 B.G.Teubner Stuttgart). | ||
spezifische_waerme.txt · Last modified: 2009/10/02 10:11 by hatter