Spezifische Schmelzwärme von wis (Artikelnr.: P )

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1 Lehrer-/Dozentenblatt Spezifische Schmelzwärme von wis (Artikelnr.: P ) Curriculare Themenzuordnung Fachgebiet: Physik Bildungsstufe: Klasse 7-10 Lehrplanthema: Wärmelehre Unterthema: Schmelzen, Sieden, Verdampfen (Aggregatzustände) wxperiment: Spezifische Schmelzwärme von Eis Schwierigkeitsgrad Vorbereitungszeit Durchführungszeit empfohlene Gruppengröße Mittel 10 Minuten 10 Minuten 2 Schüler/Studenten Zusätzlich wird benötigt: Versuchsvarianten: Butanbrenner Labogaz Butan-Kartusche C 206 ohne Ventil, 190 g Streichhölzer Eis, zerstoßen (Eiswürfel, Hammer und Tuch) Schlagwörter: Aufgabe und Material Lehrerinformationen Zusatzinformation Eiswürfel werden in warmes Wasser gegeben, und aus der Mischungstemperatur wird die spez. Schmelzwärme von Wasser bestimmt. In der Auswertung wird im Versuch dazu berechnet, welche Mischungstemperatur sich bei Versuchsdurchführung mit der gleichen Menge von kaltem Wasser von 0 C einstellt. Der Vergleich dieser Rechnung zeigt sehr deutlich den Einfluss der Schmelzwärme. Hinweise 1. Der Versuch lässt sich auch mit Wasser von Raumtemperatur (mind. 20 C) durchführen, im angewärmten Wasser schmelzen die Eiswürfel jedoch schneller. Außerdem ist die Mischungstemperatur dann höher, und Ablesefehler machen sich in der anschließenden Rechnung nicht so stark bemerkbar (Temperaturdifferenzen nicht so klein). 2. Beim Ablesen des Thermometers sollten auch Zwischenwerte von 0,5 C geschätzt werden. Der vorgenommene Vergleich: Mischungsversuch mit Eis und Mischungsversuch mit Wasser von 0 C ist experimentell nicht so einfach durchzuführen, da das warme Wasser in beiden Fällen die gleiche Anfangstemperatur haben sollte. Hinweise zu den Aufgaben In der Auswertung können die angegebenen Formeln über die Bedingung, dass die ausgetauschten Wärmeenergien gleich groß sind, also Q ab = Q auf hergeleitet werden. Für Frage 2 heißt dies c m 1 (ϑ 1 - ϑ mw ) = c m2 (ϑ mw - ϑ2). Für Frage 4: c m 1 (ϑ 1 - ϑ m ) = c m2 (ϑ m - ϑ2) + q m 2. Für die Zusatzaufgabe: (c m 1 + C) (ϑ 1 - ϑ m ) = c m2 (ϑ m - ϑ2) + q m 2. Der Literaturwert für die spez. Schmelzwärme von Eis beträgt q = 334 J/g.

2 SpezifischetSchmelzwärmetvoetEist(Artikeler.:tP ) AufgabetuedtMaterial Aufgabe WietvieltWärmetwirdtzumtSchmelzeetvoetEistbeeötigt? Gib Eiswürfel in eine abgemessene Menge warmes Wasser und bestimme die Mischungstemperatur.

3 Material Positioe Material Besteller. Meege 1 Stativfuß, variabel Stativstange Edelstahl 18/8, l = 600 mm, d = 10 mm Ring mit Muffe, verzinkt, Innendurchmesser 100 mm Drahtnetz mit Keramik, 160 x 160 mm Deckel für Schülerkalorimeter Filzplatte, 100 x 100 mm Rührstab Pipette mit Gummikappe Messzylinder 100 ml, PP transparent Schülerthermometer, C, l = 230 mm Becherglas DURAN, niedrige Form, 250 ml Becherglas DURAN, niedrige Form, 400 ml Erlenmeyerkolben DURAN, Weithals, 250 ml Zusätzliches Material 14 Butanbrenner Labogaz Butan-Kartusche C 206 ohne Ventil, 190 g Streichhölzer 17 Eis, zerstoßen (Eiswürfel, Hammer und Tuch) AufbautuedtDurchführueg Aufbau Achtueg! 1. Beim Erwärmen des Wassers werden der Stativring und das Drahtnetz sehr heiß! 2. Beim Ablesen der Temperaturen sollen auch Zwischenwerte von 0,5 C geschätzt werden. Aufbau

4 Baue, wie in den folgenden Abbildungen dargestellt, ein Stativ auf. Abb. 1 Abb. 2 Abb. 3 Abb. 4 Abb. 5 Abb. 6

5 Abb. 7 Abb. 8 Setze aus zwei Bechergläsern (250 ml und 400 ml) und zwei Filzplatten ein Wärme isolierendes Gefäß (Kalorimeter) zusammen. Abb. 9 Abb. 10 Schiebe Thermometer (d = 8 mm) und Rührstab (d = 5 mm) durch die entsprechenden Bohrungen im Deckel.

6 Abb. 12 Abb. 11 Zerkleinere einige große Eiswürfel mit einem Hammer in ca. 1 cm³ große Stücke, wobei du die Eiswürfel vorher in ein Tuch wickelst, damit keine Splitter wegspringen. Abb. 13 Abb. 14 Lass das zerstoßene Eis zum Trocknen auf dem Tuch liegen. Durchführueg Fülle den Erlenmeyerkolben mit ca. 200 ml Wasser und erhitze das Wasser auf ca.35 C.

7 Abb. 15 Miss von dem warmen Wasser 150 ml ab (genaues Abmessen mit Hilfe von Messzylinder und Pipette) und fülle es in das Kalorimeter. Abb. 16 Rühre das Wasser ca. 1 min um. Miss dann die Wassertemperatur ϑ 1 im Kalorimeter und trage das Ergebnis in der Tabelle im Protokoll ein. Gib die (vorher abgetrockneten!) Eiswürfel hinzu. Abb. 17

8 Setze den Deckel auf das Kalorimeter, rühre so lange um, bis alles Eis geschmolzen ist, miss die Mischungstemperatur ϑ m und trage den Wert im Protokoll ein. Miss das Endvolumen V 2 des Wassers im Kalorimeter durch Zurückschütten in den Messzylinder und trage den Wert im Protokoll ein.

9 Protokoll: Spezifische Schmelznärme voe Eis Ergebeis - Tabelle 1 (4 Puekte) Trage deine Messwerte in die Tabelle ein. Anfangsvolumen des Wassers V 1 in ml Anfangstemperatur des Wassers ϑ 1 in C Mischungstemperatur ϑ m in C Endvolumen des Wassers V 2 in ml Temperatur des Eises ϑ 2 in C 0 1 ±0 1 ±0 1 ±0 1 ±0 Ausnertueg - Frage 1 (2 Puekte) Berrechne mit Hilfe der Dichte von Wasser (ρ = 1,0 g/ml) die am Versuch beteiligten Massen: 1. Masse des warmen Wassers m 1 = ρ V 1 = g. 2. Masse des Eises m 2 = ρ (V 2 V 1 ) = g. Ausnertueg - Frage 2 (0 Puekte) Berechne, wie groß die Mischungstemperatur ist, wenn du statt Eis der Masse m 2 kaltes Wasser der Masse m 2 und der Temperatur ϑ 2 = 0 C verwenden würdest. ϑ mw = (m 1 ϑ 1 + m 2 ϑ 2 )/(m 1 + m 2 ) = C.

10 Ausnertueg - Frage 3 (10 Puekte) Erkläre, wodurch der Unterschied zwischen der in Frage 2 berechneten Mischungstemperatur und der im Versuch gemessenen Mischungstemperatur zustande kommt. Ausnertueg - Frage 4 (1 Puekt) Berechne aus der gemessenen Mischungstemperatur ϑm die spezifische Schmelzwärme von Wasser q. Sie gibt an, wie viel Wärme zum Schmelzen von 1 g Wasser benötigt wird. q = (c 1 m 1 (ϑ 1 -ϑ 2 ) - c m 2 (ϑ m -ϑ 2 ))/m 2 = J g, wobei c = 4,19 J/g C (spez. Wärmekapazität von Wasser). Ausnertueg - Zusatzaufgabe 1 (1 Puekt) Welcher Wert ergibt sich für die spez. Verdampfungswärme, wenn auch die Wärmekapazität des Kalorimeters C = 80 J/ C in der Berechnung berücksichtigt wird? q = ( (c m 1 +C) (ϑ 1 -ϑ 2 ) - c m 2 (ϑ m -ϑ 2 ) )/m 2 = J g.