Lehrer-/Dozentenblatt Gedruckt: 30.03.207 4:44:3 P043900 Spezifische Wärmekapazität von Wasser (Artikelnr.: P043900) Curriculare Themenzuordnung Fachgebiet: Physik Bildungsstufe: Klasse 0-3 Lehrplanthema: Thermody7amik Unterthema: Kalorimetrie Experiment: Spezifische Wärmekapazität vo7 Wasser Schwierigkeitsgrad Vorbereitungszeit Durchführungszeit empfohlene Gruppengröße Leicht 0 Mi7ute7 0 Mi7ute7 2 Schüler/Stude7te7 Zusätzlich wird benötigt: Versuchsvarianten: Schlagwörter: Aufgabe und Material Lehrerinformationen Zusatzinformation Ei7e abgemesse7e Wasserme7ge wird mit ei7er Heizwe7del erwärmt. Die elektrische Heizleistu7g wird bestimmt. Aus Temperaturerhöhu7g u7d Heize7ergie wird die spezifische Wärmekapazität vo7 Wasser berech7et. Diese Berech7u7g wird u7ter Auswertepu7kt 6 als Mittelwert der Ei7zelmessu7ge7 vorge7omme7. Dieser Auswertepu7kt ka77 überspru7ge7 u7d statt desse7 die Methode der Zusatzaufgabe verwe7det werde7. I7 der Zusatzaufgabe wird die spez. Wärmekapazität aus der graphische7 Darstellu7g der Messwerte ermittelt. Außerdem wird dieser Wert 7och durch Berücksichtigu7g der Wärmekapazität des Kalorimeters korrigiert. Hinweis. Beim Vielfachmessi7strume7t, a7alog (07028.0) gib es ei7e spezielle Ei7ga7gsbuchse für de7 Messbereich 0 A. 2. We77 ei7e Heizspa77u7g vo7 2 V ei7geschaltet wird, muss die Heizwe7del i7 Wasser ei7tauche7, weil sie so7st durchglüht. 3. Das Wasser im Kalorimeter ist regelmäßig umzurühre7. 4. Beim Ablese7 des Thermometers sollte7 auch Zwische7werte vo7 0,5 C geschätzt werde7. 5. Bestimmu7g der Leistu7g i7 der Heizwe7del: Mit Messi7strume7t: Im Schülertext wird vorgeschlage7, die a7gegebe7e Ausga7gsspa77u7g des Netzgerätes zu protokolliere7. Soll die Spa77u7g a7 der Heizwe7del auch gemesse7 werde7, so muss dies im A7schluss a7 die Versuchsdurchführu7g u7d bei a7geschlosse7er Heizwe7del geschehe7 (Abb. ). Die Heizwe7del muss dabei i7 Wasser ei7tauche7! Der so gemesse7e Wert e7tspricht aber 7icht exakt der währe7d der Versuchsdurchführu7g tatsächlich a7 der Heizwe7del a7liege7de7 Spa77u7g, da der Spa77u7gsabfall am Strommesser ca. 0,2 V beträgt. Mit 2 Messi7strume7te7: Stromstärke u7d Spa77u7g kö77e7 gleichzeitig gemesse7 werde7. Dabei ist wege7 des klei7e7 Widersta7des der Heizwe7del die Schaltu7g 7ach Abb. 2 vorzu7ehme7. :obert-bosch-breite 0 Tel: 055 604-0 i7fo@phywe.de 37079 Götti7ge7 Fax: 055 604-07 www.phywe.de
Lehrer-/Dozentenblatt Gedruckt: 30.03.207 4:44:3 P043900 Abb. Abb. 2 :obert-bosch-breite 0 Tel: 055 604-0 i7fo@phywe.de 37079 Götti7ge7 Fax: 055 604-07 www.phywe.de
Gedruckt: 30.03.207 4:44:3 P043900 SpezifischetWärmekapazitättvoetWassert(Artikeler.:tP043900) AufgabetuedtMaterial Aufgabe WietvieltWärmetwirdtbeeötigt,tumtWassertzuterwärmee? Erwärme 200 ml Wasser mit ei7er Heizwe7del. Miss die Temperaturerhöhu7g i7 Abhä7gigkeit vo7 der Zeit u7d bestimme die Leistu7g der Heizwe7del. :obert-bosch-breite 0 Tel: 055 604-0 i7fo@phywe.de 37079 Götti7ge7 Fax: 055 604-07 www.phywe.de
Gedruckt: 30.03.207 4:44:3 P043900 Material Positioe Material Besteller. Meege Deckel für Schülerkalorimeter 04404-0 Filzplatte, 00 x 00 mm 04404-20 2 Stoppuhr, 0 Mi7., Teilu7g 0,2 s 03078-00 2 :ührstab 04404-0 2 Heizspule mit Buchse7 04450-00 2 Pipette mit Gummikappe 6470-00 2 Messzyli7der 00 ml, PP tra7spare7t 36629-0 2 Schülerthermometer, -0..+0 C, l = 230 mm 38005-0 3 Becherglas DU:AN, 7iedrige Form, 250 ml 3603-00 4 Becherglas DU:AN, 7iedrige Form, 400 ml 3604-00 5 Erle7meyerkolbe7 DU:AN, Weithals, 250 ml 3634-00 6 Verbi7du7gsleitu7g, 32 A, 500 mm, rot 0736-0 6 Verbi7du7gsleitu7g, 32 A, 500 mm, blau 0736-04 2 AufbautuedtDurchführueg Aufbau Achtueg! PHYWE Netzgerät DC: 0...2 V, 2 A / AC: 6 V, 2 V, 5 A 3506-93 Vielfachmessi7strume7t, a7alog 07028-0 Die Heizwe7del muss sich im Wasser befi7de7, we77 ei7e Spa77u7g vo7 2 V a7gelegt wird! Aufbau Setze aus zwei Bechergläser7 (250 ml u7d 400 ml) u7d zwei Filzplatte7 ei7 Wärme isoliere7des Gefäß (Kalorimeter) zusamme7. :obert-bosch-breite 0 Tel: 055 604-0 i7fo@phywe.de 37079 Götti7ge7 Fax: 055 604-07 www.phywe.de
Gedruckt: 30.03.207 4:44:3 P043900 Abb. Abb. 2 Schiebe die Heizwe7del vorsichtig i7 de7 Schlitz im Kalorimeterdeckel. Abb. 3 Schiebe Thermometer (d = 8 mm) u7d :ührstab (d = 5 mm) durch die e7tspreche7de7 Bohru7ge7 im Deckel. Abb. 4 Achte darauf, dass das Netzgerät 7och ausgeschaltet ist. :obert-bosch-breite 0 Tel: 055 604-0 i7fo@phywe.de 37079 Götti7ge7 Fax: 055 604-07 www.phywe.de
Gedruckt: 30.03.207 4:44:3 P043900 Durchführueg Fülle de7 Erle7meyerkolbe7 mit Wasser. Miss davo7 200 ml mit dem Messzyli7der ab (ge7aues Messe7 mit der Pipette), fülle das Wasser i7 das Kalorimeter u7d protokolliere die Wasserme7ge. Abb. 5 Setze de7 Deckel mit Heizwe7del, Thermometer u7d :ührstab auf das Kalorimeter. Abb. 6 Abb. 7 Stelle das Messi7strume7t auf de7 Messbereich 0 A ei7. Verbi7de die Heizwe7del mit Hilfe der Verbi7du7gskabel mit dem Wechselspa77u7gsausga7g 2 V des Netzgerätes (immer 7och aus!), wie i7 de7 Abbildu7ge7 zu sehe7. :obert-bosch-breite 0 Tel: 055 604-0 i7fo@phywe.de 37079 Götti7ge7 Fax: 055 604-07 www.phywe.de
Gedruckt: 30.03.207 4:44:3 P043900 Abb. 8 Abb. 9 Abb. 0 Abb. Miss die A7fa7gstemperatur ϑ 0 des Wassers u7d trage sie i7 Tabelle im Protokoll ei7. Schalte das Netzgerät u7d gleichzeitig die Stoppuhr ei7. Miss 0 Mi7ute7 la7g jede Mi7ute die Wassertemperatur. :ühre zwische7durch regelmäßig um u7d trage die Messwerte i7 Tabelle ei7. Miss währe7d des Erwärme7s die Stromstärke im Heizkreis. Schalte das Netzgerät am E7de der Messreihe wieder aus. :obert-bosch-breite 0 Tel: 055 604-0 i7fo@phywe.de 37079 Götti7ge7 Fax: 055 604-07 www.phywe.de
Gedruckt: 30.03.207 4:44:3 P043900 Protokoll: Spezifische Wärmekapazität voe Wasser Ergebeis - Beobachtuegee (40 Puekte). Wassermenge V = ml 2. Anfangstemperatur ϑ 0 = C 3. Stromstärke I = A 4. Spannung U = V Ergebeis - Tabelle (0 Puekte) Trage die Messwerte für die Wassertemperatur ϑ i7 die Tabelle ei7. t i7 mi7 ϑ i7 C 2 3 4 5 6 7 8 9 0 Auswertueg - Frage (20 Puekte). Bestimme die Masse des Wassers m = ρ V = g. (Dichte ρ = g/ml) 2. Berechne die elektrische Leistung der Heizwendel P = U I = W. Auswertueg - Frage 2 (30 Puekte). Berechne die Temperaturerhöhung Δϑ = ϑ - ϑ 0 und trage sie in die Tabelle ein. :obert-bosch-breite 0 Tel: 055 604-0 i7fo@phywe.de 37079 Götti7ge7 Fax: 055 604-07 www.phywe.de
Gedruckt: 30.03.207 4:44:3 P043900 2. Berechne jeweils die elektrische Heizenergie Q = P t. Sie ist so wie die dem Wasser zugeführte Wärme. Achtung! Heizzeit in Sekunden umrechnen! Für die Einheit der Energie gilt Ws = J 3. Außerdem ist bekannt: "Je größer die Masse des erhitzten Wassers, desto größer die dafür benötigte Energie." Man bildet deshalb den Quotienten c = Q / (m Δϑ). Diese Größe heißt spezifische Wärmekapazität. Vervollständige die entsprechende Spalte in der Tabelle. t i7 mi7 Δϑ i7 C Q i7 J c i7 J/(g C) 2 3 4 5 6 7 8 9 0 :obert-bosch-breite 0 Tel: 055 604-0 i7fo@phywe.de 37079 Götti7ge7 Fax: 055 604-07 www.phywe.de
Gedruckt: 30.03.207 4:44:3 P043900 Number.0 0.5 Δϑ in C 0.0-0.5 -.0 - -0.75-0.5-0.25 0 0.25 0.5 0.75 t in min Auswertueg - Frage 3 (0 Puekte) Berech7e de7 Mittelwert vo7 der spezifische7 Wärmekapazität aus der vorherige7 Tabelle c = J/(g C). :obert-bosch-breite 0 Tel: 055 604-0 i7fo@phywe.de 37079 Götti7ge7 Fax: 055 604-07 www.phywe.de
Gedruckt: 30.03.207 4:44:3 P043900 Auswertueg - Frage 4 (0 Puekte) Welcher Zusamme7ha7g besteht zwische7 Heize7ergie u7d Temperaturerhöhu7g? Auswertueg - Zusatzaufgabe (0 Puekte) Bestimme die spezifische Wärmekapazität vo7 Wasser aus der Steigu7g der Gerade7. :obert-bosch-breite 0 Tel: 055 604-0 i7fo@phywe.de 37079 Götti7ge7 Fax: 055 604-07 www.phywe.de
Gedruckt: 30.03.207 4:44:3 P043900 Auswertueg - Zusatzaufgabe 2 (0 Puekte) Welche7 systematische7 Fehler e7thält die Versuchsdurchführu7g? Wie ist sei7 Ei7fluss auf das Ergeb7is der spez. Wärmekapazität vo7 Wasser? :obert-bosch-breite 0 Tel: 055 604-0 i7fo@phywe.de 37079 Götti7ge7 Fax: 055 604-07 www.phywe.de