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Paulina Armbruster
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1 nergie - Wärmespeicherung und Wärmeumsatz 1.) Spezifische Wärmekapazität von Wasser F Unter der spezifischen Wärmekapazität c eines Stoffes versteht man die nergie, die man zuführen muß, um 1 kg dieses Stoffes um 1 C zu erwärmen. Dieser Wert hängt von verschiedenen igenschaften des Stoffes ab und unterscheidet sich von Stoff zu Stoff beträchtlich! Suche in geeigneten Büchern 3 möglichst hohe und 1 möglichst niedrigen Wert :... /P Bestimme mit den vorliegenden Geräten möglichst genau die spezifische Wärmekapazität von Wasser. rwärme dazu 100 ml Wasser im Kalorimeter mit dem Tauchheizer von einer Anfangstemperatur T 1 auf T 2 bei genauer Bestimmung von Stromstärke, Spannung und inschaltzeit ( 9 V Wechselspannung!, etwa 200 s, ständig umrühren und Temperaturmaximum abwarten! ). Bestimme die Temperaturänderung und berechne aus der Gleichsetzung von zugeführter elektrischer nergie und aufgenommener Wärmeenergie die spezifische Wärmekapazität des Wassers : U I t = c m ΔT ( ΔT = T 2 - T 1 ) el. nergie aufgenommene Wärme Vergleiche deinen berechneten Wert mit dem theoretischen Wert und gib Gründe für die Abweichung zwischen Theorie und Messung an. c berechnet =... c th =... ( inheit!! ) Gründe für Abweichungen: nergie_waerme.docx 1

2 2.) Spezifische Wärmekapazität von isen Bestimme mit den vorliegenden Geräten möglichst genau die spezifische Wärmekapazität von isen. Bestimme dazu die Masse m Fe des vorliegenden isenquaders und befestige ihn an einem Stück Zwirn und hänge ihn so ins Wasser, dass er den Boden nicht berührt!. rhitze das Wasserbad langsam auf etwa 80 C ( T 2 ) und rühre ständig um! Bereite parallel dazu im Kalorimeter etwa 100 ml kaltes Wasser vor und bestimme dessen Masse m W und Temperatur T 1. Der heiße isenquader wird dann möglichst rasch vollständig in das kalte Wasser getaucht und die sich nach einiger Zeit einstellende Mischtemperatur T m bestimmt. Aus der Gleichsetzung der vom isenquader abgegeben nergie mit der vom Wasser aufgenommenen Wärmeenergie kann bei bekannter spezifischer Wärmekapazität des Wassers c W die spezifische Wärmekapazität c Fe des isens berechnet werden: m Fe c Fe ( T 2 - T m ) = m W c W ( T m - T 1 ) m Fe =..., m W =..., T 1 =..., T 2 =..., T m =... c Fe, berechnet =... c th = nergie_waerme.docx 2

3 3.) Mischungstemperaturen /P Mische 60 ml Heißwasser ( Temperatur T 1 ) mit 20 ml Kaltwasser ( Temperatur T 2 ) in einem Kalorimeter und bestimme die Mischtemperatur T m. Vergleiche die gemessene Mischtemperatur T m mit der theoretischen : c w m 1 ( T 1 - T m ) = c w m 2 ( T m - T 2 ) Messung: T m =... Theorie: T m =... Gründe für Abweichungen:... 4.) Phasenübergänge a) Temperaturverlauf während des rstarrungsvorganges Beobachte während der beiden NWL-Stunden fallweise den Temperaturverlauf am Computer, der die Temperatur in abkühlendem und erstarrendem Stearin misst. Zeichne am nde das T - t - Diagramm auf die Rückseite des Blattes und gib möglichst genau den rstarrungspunkt des Stoffes an. Welche Besonderheit fällt dir beim Temperaturverlauf auf?. b) Wärmekissen Beobachte den Vorgang im Wärmekissen nach Knicken des Metallplättchens. Gib eine kurze rklärung für deine Beoachtungen:.. c) ierkocher T Informiere dich anhand des bereitgestellten Artikels über die Funktionsweise eines modernen ierkochers. Welches Phänomen der Aggregatszustandsänderungen wird hier genutzt :.. 06 nergie_waerme.docx 3

4 5.) nergieumsatz mit Bunsenbrenner - Wirkungsgrad T Führt man Wasser nergie mit einem Bunsenbrenner zu, geht im Allgemeinen ein großer Teil der vom Brenner freigesetzten nergie als Abwärme verloren, der Rest führt zur rwärmung des Wassers und schließlich zu dessen Verdampfung. Mit folgendem xperiment soll aus der rwärmung von Wasser jener nutzbare Anteil der vom Brenner freigesetzten nergie bestimmt werden, der im Wasser "ankommt" sowie die Verdampfungswärme von Wasser bestimmt werden ( in kj / kg ). Führe das xperiment wie beschrieben durch und mache sorgfältige Aufzeichnungen für die anschließende Auswertung - lies vorher die gestellten Aufgaben kurz durch! Gib etwa 200 ml Wasser mit bekannter Masse und Anfangstemperatur in einen rlenmeyerkolben und bedecke die Öffnung mit einem Stück Karton. rhitze das Wasser mit einem Bunsenbrenner, dessen Flamme während des ganzen Versuchs nicht verändert werden darf, bis zum Sieden - notiere dabei alle 2 Minuten die Temperatur! (Wähle einen Brenner mit möglichst voller Gaskartusche!!) Sobald das Wasser wallend siedet, notiere den Zeitpunkt und lasse genau 4 Minuten lang Wasser verdampfen. Stelle anschließend den Brenner mit unveränderter Flamme einige Minuten auf die Analysewaage und ermittle die zeitliche Massenabnahme des Butans bei der Verbrennung. Bestimme anschließend auch die Masse des verbliebenen Wassers und berechne die Masse des entwichenen Dampfes! Schreibe alle Daten übersichtlich auf ein Datenblatt welches du mit abgibst!! R a) ntnimm deinen Notizen, um wieviel Grad das Wasser während einer bestimmten Zeit, z.b. 360 Sekunden, erwärmt wurde und berechne daraus die nutzbare nergiezufuhr pro Sekunde durch den Bunsenbrenner - die "rwärmungsleistung" des Brenners: P Nutz = ( m W c W ΔT ) / t =... W b) Vergleiche diesen Wert mit der vom Butan ( C 4 H 10 ) tatsächlich freigesetzten nergie: rmittle dazu mit Hilfe deiner Unterlagen aus der Chemie ( Folie bzw. ppt ) die umgesetzten nthalpien ( Reaktionsgleichung ), die freiwerdende nergie je Mol und aus dem gemessenen Butan-Massenumsatz je Sekunde die Leistung des Brenners : ΔH =... kj /mol Δm / Δt =... g / s =... mol / s Leistung des Bunsenbrenners daher: P th =... W Welcher Prozentsatz der freigesetzten nergie wird also vom Wasser aufgenommen : P Nutz / P th =... % Wirkungsgrad der Anlage 06 nergie_waerme.docx 4

5 Zusatzaufgabe für Interessierte Bestimmung der Verdampfungswärme Aus der Dauer der Verdampfung ( 240 s ) und der gemessenen rwärmungsleistung des Brenners ( P Nutz ) läßt sich die bei der Verdampfung des Wassers umgesetzte nergie berechnen : Q = P Nutz t Die Division dieser nergiemenge durch die Masse des entwichenen Wasserdampfes ergibt die spezifische Verdampfungswärme Q V von Wasser : Q V =... kj/kg 06 nergie_waerme.docx 5

6 Beilage 1: 06 nergie_waerme.docx 6

7 Beilage 2: Leistung eines Butangasbrenners a) Bestimmung des Massenumsatzes Δm / Δt während des Verbrennungsvorganges mit Hilfe der Analysenwaage, angegeben z.b. in Gramm pro Sekunde b) Reaktionsgleichung C 4 H /2 O 2 4 CO H 2 O c) nthalpien aus thermodynamischen Datenblatt ( in kj / mol ) : C 4 H 10 : CO 2 : O 2 : 0 H 2 O (g) : d) Bilanz erstellen : Σ nd - Σ Anfang = ΔH ( Gesamtänderung der nthalpie ) Ist diese negativ, läuft die Reaktion exotherm e) Umrechnung in Massenangabe : 1 mol C 4 H g! f) Bestimmung der Leistung aus dem bekannten Massenumsatz je Sekunde : Umgesetzte nergie pro mol : Massenumsatz je Sekunde / kj / mol = mol - Umsatz je Sekunde mol - Umsatz je Sekunde ( kj ) = P th! 06 nergie_waerme.docx 7

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