Kalorimetrie - www2.mpip
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Kapitel 4: Kalorimetrie Thermische Molekularbewegung Phasenübergänge Reaktionswärme Kalorimetrie (Wärmelehre) Gase Ideales Gasgesetz Flüssigkeiten/Festkörper Dulong-Petit-Gesetz 1 Kapitel 4: Kalorimetrie Thermodynamik Beschreibung der Zustände und deren Änderung infolge der Wechselwirkung mit der Umgebung von makroskopischen Systemen anstelle einer mikroskopischen Betrachtung der Einzelteilchen durch eine geringe Anzahl makroskopischer Variablen, wie z.B. Druck, Temperatur etc. Kapitel 4: Kalorimetrie Zustandsgrößen Thermodynamische Zustandsgrößen: (direkt messbar) • Druck P • Volumen V • Temperatur T Kalorimetrische Zustandsgrößen: (abgeleitet) • innere Energie U • Enthalpie H • Entropie S Temperatur: Maß für thermische Bewegung 3 Kapitel 4: Kalorimetrie Thermometer Flüssigkeitsthermometer thermische Ausdehnung einer Flüssigkeit Elektrisches Thermometer (Widerstand, R, steigt mit Temperatur, Beispiel: elektronisches Fieberthermometer) Bimetallthermometer Verschiedene thermische Ausdehnung zweier verbundener Stoffe (z.B. Messing-Stahl) T<0 T=0 T>0 Glaskapillare, meist gefärbter Alkohol Kapitel 4: Kalorimetrie Thermische Ausdehnung Relative Längenänderung L : Länge Δl : Längenänderung a: linearer Ausdehnungskoeffizient Relative Volumenänderung V : Volumen ΔV : Volumenänderung g : VolumenAusdehnungskoeffizient In der Regel: g = 3a Fieberthermometer: Wasser, Alkohol, Ring Kapitel 4: Kalorimetrie Thermische Ausdehnung Relative Volumenänderung Flüssigkeit g H2O Ethanol Propanol 2 10-4 11 10-4 8.5 10-4 V : Volumen ΔV : Volumenänderung g : VolumenAusdehnungskoeffizient In der Regel: g = 3a Wasser, Alkohol Kapitel 4: Kalorimetrie Thermische Ausdehnung Temperatureichung: - Flüssigkeit in Eiswasser 0°C 100°C - kochendes Wasser Celsiusskala: π π − π0 ππΆ = β 100°πΆ π100 − π0 Relative Längenänderung π0 : Länge der Säule bei 0°C l : Länge Δl : Längenänderung a: linearer Ausdehnungskoeffizient Kapitel 4: Kalorimetrie Anomalie des Wassers; d.h. Volumen ist bei 4°C minimal => Glas springt wenn Wasser gefriert 8 Sprengkugel: Kugel wird mit 4° warmen Wasser gefüllt und danach abgekühlt Kapitel 4: Kalorimetrie Definition Temperatur 1 bar =105Pa (1 atm = 1.013 bar) 6.1 mbar • Das Kelvin ist der 273,16-te Teil der Temperatur des Tripelpunktes des Wassers • Der Nullpunkt der Kelvinskala liegt am absoluten Nullpunkt bei – 273.15 °C alle Teilchen sind in vollkommener Ruhe 9 Kapitel 4: Kalorimetrie Definition Temperatur 6.1 mbar gebräuchlicher: Celsius Umrechnung Celsius-Kelvin: π= ππΆ + 273.15 πΎ °πΆ Kapitel 4: Kalorimetrie Thermische Molekularbewegung Phasenübergänge Reaktionswärme Kalorimetrie (Wärmelehre) Gase Ideales Gasgesetz Flüssigkeiten/Festkörper Dulong-Petit-Gesetz 11 Kapitel 4: Kalorimetrie Ideales Gas • große Anzahl gleichartiger Moleküle • räumliche Ausdehnung der Moleküle vernachlässigbar gegen Ausdehnung des Volumens • keine Wechselwirkung zwischen Teilchen außer beim Zusammenstoß • Stöße verlaufen sehr schnell und elastisch Helium: bestes Modellsystem für ideales Gas Kapitel 4: Kalorimetrie Ideales Gas P: Druck Boyle-Mariotte: (T = konstant) Mit Luft gefülltes Glas 1bar Pπ = ππππ π‘πππ‘ V: Volumen Luft wird Luft wird weiter komprimiert komprimiert 2bar 4bar Wasser Wasser pV Kapitel 4: Kalorimetrie Ideales Gas 1 bar =105Pa Boyle-Mariotte: (1 atm = 1.013 bar) Pπ = ππππ π‘πππ‘ Mit Luft gefülltes Glas 1bar Reifendruckmessgerät: 2,3 bar Tatsächliche Druck: 3.3 bar Luft wird Luft wird weiter komprimiert komprimiert 2bar 4bar Wasser Wasser PV Kapitel 4: Kalorimetrie Zur Übung 14) Eine volle 4-Liter-Druckluftflasche steht unter einem Druck von 300 bar. Welches Volumen würde der Inhalt unter Normaldruck von 1,013 bar bei gleicher Temperatur einnehmen? (Hinweis: Betrachten Sie Luft als ideales Gas) SS2011 Lösung: 300 πππ 4π = 1185 π 1.013 πππ Kapitel 4: Kalorimetrie Ideales Gas Boyle-Mariotte & Gay-Lussac Zustandsgleichung: ππ = ππππ π‘ ππ = π β ππππ π‘ P: Druck V: Volumen ππ = πππ΅ π Nur Anzahl N der Moleküle, nicht deren chemische Natur relevant Boltzmann Konstante N Anzahl Moleküle T Temperatur in Kelvin !! PV Kapitel 4: Kalorimetrie Ideales Gas Zustandsgleichung: ππ = πππ΅ π Volumen 10 πππ΅ π π= π 5 Anmerkung: Zahlen auf den Achsen abhängig vom Experiment 0 0 2 4 6 Druck 8 10 17 Luftballon,Negerkuss Kapitel 4: Kalorimetrie Ideales Gas Zustandsgleichung: ππ = πππ΅ π 10 πππ΅ π π= π Volumen N,T N3 Dieser Term bleibt konst. 5 N,T N,T N2 N1 N3 < N2 < N1 (bedeutet Druck nimmt ab) 0 0 2 4 6 Druck 8 10 18 Luftballon,Negerkuss Kapitel 4: Kalorimetrie Ideales Gas Zustandsgleichung: ππ = πππ΅ π Ziel: Zustandsgleichung in Abhängigkeit von der Stoffmenge n NA: Avogadro-Konstante mit Anzahl Atome in exakt 12 g des Kohlenstoffisotops 12C ππ = πππ΅ π = πππ΄ ππ΅ π mit R: allgemeine Gaskonstante ππ = π π π Molvolumen π ππ = π π Kapitel 4: Kalorimetrie Ideales Gas Zustandsgleichung: Boltzmann Konstante Allgemeine Gaskonstante Avogadro-Konstante N: Anzahl Teilchen T: Temperatur in Kelvin !! ππ = πππ΅ π = ππ π Kapitel 4: Kalorimetrie Ideales Gas ππ = πππ΅ π = ππ π Zustandsgleichung: Isotherme Zustandsänderung (T = const) 1bar Volumen ππ = ππππ π‘ 2bar 4bar T4 T2 T3 N,T T1 Druck 21 Wassersäule Kapitel 4: Kalorimetrie Ideales Gas Zustandsgleichung: ππ = πππ΅ π = ππ π Isochore Zustandsänderung (V = const) π≈π π = π ππππ π‘ Druck V1 π π≈ π V2 V3 V4 Vergrößerung des Volumens => Druckabnahme Temperatur Kapitel 4: Kalorimetrie Ideales Gas ππ = πππ΅ π = ππ π Zustandsgleichung: Isobare Zustandsänderung (P = const) z.B. Reaktionskolben Volumen P1 P2 P3 P4 Wichtig: Bei vielen Reaktionen ändert sich die Anzahl Teilchen und damit das Volumen. Temperaturzunahme => Volumenzunahme Temperatur Kapitel 4: Kalorimetrie Ideales Gas ππ = πππ΅ π = ππ π N Isotherme Zustandsänderung (T = const) Volumen Zustandsgleichung: 1 π≈ π Druck [bar] Isochore Zustandsänderung (V = const) Isobare Zustandsänderung (P = const) π≈π Kapitel 4: Kalorimetrie Zur Übung 8) Ein Autoreifen wird bei einer Umgebungstemperatur von -3°C auf einen Druck von 2,4x105 Pa (2,4 bar) aufgepumpt. Nach wenigen Kilometern Autofahrt ist der Druck des Reifens durch Erwärmung auf 2,6x105 Pa (2,6 bar) gestiegen. Wie hoch ist die Temperatur des erwärmten Reifens, wenn man die eingeschlossene Luft als ideales Gas betrachtet? WS 2008/2009 Lösung: T = 292,66 K Kapitel 3: Kalorimetrie Reaktionswärme Reaktionswärme (Chemie) => N ändert sich Desmodur + Desmophen ----> Polyurethan (Diisocyanant) (Diol) Polyaddition (Umlagerung eines H-Atoms) (Diisocyanant) (Diol) Aufschäumen (Kohlendioxid entsteht bei Reaktion von H2O mit Isocyanat) O=C=N-R1-N=C=O + H2O -> H2N –R1-N=C=O + CO2 Kapitel 3: Kalorimetrie Reaktionswärme Reaktionswärme (Chemie) Desmodur + Desmophen ----> Polyurethan => N ändert sich Schaum: geschlossen N nimmt zu, Temperatur steigt! Häuser: Wärmedämmung Lunge (Tenside) - Volumenänderung auf Grund der Änderung der Anzahl Teilchen - Temperaturänderung auf Grund geänderter Bindungsenergien Kapitel 4: Kalorimetrie Thermische Molekularbewegung Phasenübergänge Reaktionswärme Kalorimetrie (Wärmelehre) Gase Ideales Gasgesetz Flüssigkeiten/Festkörper Dulong-Petit-Gesetz 28 Kapitel 4: Kalorimetrie Kinetische Gastheorie • große Anzahl gleichartiger Atome oder Moleküle (Teilchen), die sich sehr schnell bewegen (TRaumtemp.: v > 100 m/s) • Abstand der Moleküle voneinander groß gegen ihren Durchmesser • keine Wechselwirkung zwischen Teilchen außer beim Zusammenstoß • Stöße verlaufen sehr schnell und elastisch Impulserhaltung • Gravitation vernachlässigbar, Anzahl Teilchen oben u. unten im Behälter nahezu gleich Kapitel 4: Kalorimetrie Kinetische Gastheorie Thermische Molekularbewegung Wenn sich eine bestimmte Substanz im Gleichgewicht befindet, entfällt auf jeden Freiheitsgrad im Mittel eine Energie von 1 π π 2 π΅ pro Teilchen, bzw. 1 π π 2 pro Mol f: Anzahl Freiheitsgrade N: Anzahl Teilchen kB: Boltzmann Konstante Ideales Gas: f = 3 da Bewegung in 3 Raumrichtungen π1ππππππππ, = 3π 3 π π 2 π΅ 30 Milch 30 Kapitel 4: Kalorimetrie Kinetische Gastheorie H2-Moleküle f: Anzahl Freiheitsgrade 3- Translationsfreiheitsgrade 2, 3- Rotationsfreiheitsgrade Schwingungsfreiheitsgrade ….. f: Anzahl Freiheitsgrade N: Anzahl Teilchen kB: Boltzmann Konstante Freiheitsgrade: „Unabhängige Bewegungsmöglichkeiten“ 31 Milch 31 Kapitel 4: Kalorimetrie Kinetische Gastheorie Thermische Molekularbewegung f: Anzahl Freiheitsgrade kB: Boltzmann Konstante R: allg. Gaskonstante Kapitel 4: Kalorimetrie Kinetische Gastheorie Energie/Wärme pro Teilchen H2-Moleküle f: Anzahl Freiheitsgrade (meist 3) kB: Boltzmann Konstante m: Masse v: Geschwindigkeit 33 Milch 33 Kapitel 4: Kalorimetrie Kinetische Gastheorie - Teilchen bewegen sich geradlinig zwischen Stößen - Teilchen ändern ihre Richtung nach Zusammenstoß (Impulserhaltung) ο Diese Bewegung nennt man Brownsche Molekularbewegung Abstand zwischen Stößen : Mittlere freie Weglänge - Teilchen haben nicht alle gleiche Geschwindigkeit => Geschwindigkeitsverteilung 4 π Maxwell-Boltzmann π π£ = Verteilung π 2ππ΅ π 3/2 2 (2π π) 2 −ππ£ π΅ π£ π Kapitel 4: Kalorimetrie Zur Übung 1) Wie groß ist die mittlere kinetische Energie pro Gasatom eines einatomigen Gases bei einer Temperatur von 20 °C? (kB = 1,381·10-23 J/K; 0 °C = 273,15 K) Lösung: Wie groß ist die mittlere kinetische Energie … Wkin= 6,07 * 10-21J Kapitel 4: Kalorimetrie Wärme Wie messe ich Wärme? Flüssigkeiten / Festkörper Kapitel 4: Kalorimetrie spezifische Wärme Wärme ist die mit der thermischen Molekularbewegung verbundene Energie Energieübertrag fließt immer in Richtung der niedrigeren Temperatur Einheit: Vorzeichen: [Q] = 1J Wärme, die dem System zugeführt wird Wärme, die dem System abgeführt wird + - Kapitel 4: Kalorimetrie spezifische Wärme Wärme DQ = C DT DQ: DT: C: m: zugeführte Wärmemenge Temperatursteigerung Wärmekapazität Masse des Stoffs Wie kann ich Wärme zuführen? z.B. Tauchsieder (Leistung mal Zeit, P Dt) Zuführung von Wärme bedeutet, dass jedes Molekül im Körper von T1 auf T2 erwärmt werden muss, π d.h. jedem Molekül muss die Energie = ππ΅ Δπ zugefügt weden. 2 Kapitel 4: Kalorimetrie spezifische Wärme Wärme DQ = C DT DQ: DT: C: m: zugeführte Wärmemenge Temperatursteigerung Wärmekapazität Masse des Stoffs Spezifische Wärmekapazität Anmerkung: Statt ΔQ verwendet man auch ΔE oder ΔW. 1 βπ 1 πππ΅ bzw. π = = π βπ π 2 39 Kapitel 4: Kalorimetrie spezifische Wärme Spezifische Wärmekapazität Molare Wärmekapazität 1 Mol eines Stoffes enthält 6.02 1023 Teilchen n: Stoffmenge => Wärmekapazität ist abhängig vom Stoff! 40 40 Bleikugel Kapitel 4: Kalorimetrie spezifische Wärme Spezifische Wärmekapazität Beispiel: Al Cu Pb R = 15 mm V = 14 cm3 Paraffin Block 41 41 Kugel Kapitel 4: Kalorimetrie spezifische Wärme Spezifische Wärmekapazität Beispiel: Al Pb Cu R = 15 mm V = 14 cm3 Paraffin Block Für Festkörper Dulong-Petit-Gesetz cmolar ≈25 J/(mol K) = 3R π= 1 βπ π βπ = 1 πππ΅ π 2 mit f = 6 42 42 Kugel Kapitel 4: Kalorimetrie spezifische Wärme Spezifische Wärmekapazität Beispiel: Al Pb Cu Paraffin Block Material A: Atommasse [g/mol] r: Dichte [g/cm3] r/A [mol/cm3] C J/gK Al 26.98 2,70 0.10 0.89 Cu 63.54 8,96 0.14 0.38 Pb 207.19 11,4 0.055 0.18 H2O 4.18 R = 15 mm V = 14 cm3 43 43 Kugel Kapitel 4: Kalorimetrie spezifische Wärme Spezifische Wärmekapazität läßt sich messen Beispiel: spezifische Wärme von Kupfer, cCu ? Wasser 100 °C Wasser T1w=18 °C (Anfangstemperatur) Kupferkugel T1Cu = 100°C mCu = 581g DQ = C DT 100 °C mW = 100 g 44 44 Cu-Kuge Kapitel 4: Kalorimetrie spezifische Wärme Beispiel: spezifische Wärme von Kupfer? Wasser 100 °C T1w = 18 °C mW = 100g T1Cu = 100°C mCu = 581g Tmisch ≈ 40°C Cu-Kugel Kapitel 4: Kalorimetrie spezifische Wärme Beispiel: spezifische Wärme von Kupfer? Wasser Tw = 18 °C mW = 500g TCu = 100°C mCu = 581g Tmisch ≈ 40°C Kupferkugel Kapitel 4: Kalorimetrie spezifische Wärme Beispiel: spezifische Wärme von Kupfer? Temperaturwerte nur als Beispiel Kupferkugel Kapitel 4: Kalorimetrie spezifische Wärme Im Allgemeinen muss Gefäß berücksichtigt werden ΓK : Wärmekapazität des Kalorimeters Mit: (Kalorimeter muss ebenfalls erwärmt werden) Kapitel 4: Kalorimetrie Zur Übung 20) In einem Behälter wird mit einer Heizleistung von P = 50W Ethanol (600g) erwärmt. Wie lange dauert die Erwärmung von T1 = 20°C auf T2 = 50°C, wenn die Wärmekapazität des Behälters π = 10 J/K beträgt? (spezifische Wärmekapazität von Ethanol: cEthanol = 2,43 J/(g K)) SS2010 Lösung: t = 880,8 s Kapitel 4: Kalorimetrie Zur Übung 7) Wieviel Zeit benötigt ein Wasserkocher mit einer Leistung von P=750 W und einer Wärmekapazität (Wasserwert) von οπΎ = 0,4 kJ/K um einen Eisblock mit einem Gewicht von 2 kg und einer Temperatur von -18 °C auf 70 °C zu erwärmen? (Schmelzwärme: Eis 333 kJ/kg; spezifische Wärmekapazitäten: Wasser 4,2 kJ/(kg K), Eis 2 kJ/(kg K); der Wasserkocher habe dieselbe Ausgangstemperatur wie der Eisblock) WS2011 Lösung: Dt = 1815s Kapitel 4: Kalorimetrie Zur Übung 20) In einem Kalorimetergefäß werden 750 ml Wasser von 20°C auf 40°C erwärmt. Hierzu wird eine Wärmeenergie von 115 kJ benötigt. Welchen Wert hat der Wasserwert ο des verwendeten Kalorimeters? (cw = 4,2 kJ/(kg·K)) WS2009/2010 Lösung: ο = 2600 J/K Kapitel 4: Kalorimetrie Zur Übung 7) Der Schmelzpunkt einer Substanz liege bei 234 K. Welche Wärmemenge muss 500 g dieser Substanz entzogen werden, um sie von Zimmertemperatur (300 K) in den festen Zustand bei 234 K zu bringen? (spez. Wärmekapazität c =138 J/(kg·K), spez. Schmelzwärme Ι S =11,44 kJ/kg) WS2008/2009 Lösung: Q = 10274 J Kapitel 4: Kalorimetrie Phasenübergänge Phasenübergänge Erstarren: flüssig -> fest Schmelzen: fest -> flüssig Verdampfen: flüssig -> gasförmig Kondensieren: gasförmig -> flüssig Sublimieren: fest -> gasförmig Kapitel 4: Kalorimetrie Phasenübergänge Experimenteller Nachweis eines Phasenübergangs „Differential scanning calorimetry“ Ideal: Temperatur bleibt konstant Durchmesser: ca. 4mm Kapitel 4: Kalorimetrie Phasenübergänge Phasendiagramm Wasser 6.1 Kapitel 4: Kalorimetrie Phasenübergänge Latente Wärme: Temperatur bleibt const. Phasenübergang: Arbeit muss verrichtet werden 6.1 mbar (z.B. Flüssig -> Gas) gegen Anziehungskraft Spezifische Schmelzwärme (Wasser: = 333.5 Jkg-1) Spezifische Verdampfungswärme (Wasser: = 2,26 MJkg-1) Azeton Kapitel 4: Kalorimetrie Phasenübergänge Latente Wärme: Temperatur bleibt const. Eis zum Verdunsten bringen: 1. Erwärmen auf 0°C 2. Schmelzen cEis = 2.05 kJ kg-1 K-1 = 333.5 kJkg-1 3. Erwärmen auf 100°C cW = 4.18 kJ kg-1 K-1 4. Verdampfungswärme = 2,26 MJkg-1 => Verdampfen benötigtet am meisten Energie Kapitel 4: Kalorimetrie Zur Übung 1) Sie wollen 2 kg Eis aufschmelzen und anschließend auf 20°C erwärmen. Wie viel Wärmeenergie ist hierfür mindestens erforderlich? (spezifische Wärmekapazität von Wasser cw = 4,2 J/(g·K), spezifische Schmelzwärme = Ι π 335 J/g) SS2010 Lösung: Q = 838 kJ Kapitel 4: Kalorimetrie Phasenübergänge Latente Wärme: Temperatur bleibt const. Phasenübergang: f ändert sich 6.1 mbar Spezifische Schmelzwärme Spezifische Verdampfungswärme f: Anzahl Freiheitsgrade Azeton Kapitel 4: Kalorimetrie Phasenübergänge 6.1 mbar - Reduzierung des Drucks auf ca. 17 mbar => Wasser beginnt zu sieden. (2. Verdunstung => Temperatur sinkt => Gefriertrocknung) - Transport von Erdgas Sieden von Wasser bei Raumtemperatur Kapitel 4: Kalorimetrie Zur Übung Welche Aussagen sind korrekt? (Pro richtiger Antwort 0,25 Punkte, pro falscher Antwort 0,25 Punkte Abzug, minimal erreichbare Punktzahl 0. Aufmerksam lesen! Richtige Antworten ankreuzen) [a] Die thermische Energie eines idealen Gases entspricht der gesamten potentiellen Energie aller Teilchen des Gases [b] Ein dreiatomiges Gasmolekül (H2O) hat 5 Freiheitsgrade. [c] Bei einer isothermen Zustandsänderung ist das Produkt aus Druck und Volumen konstant. [d] Die spezifische Schmelzwärme bezeichnet die auf die Masse bezogene Menge an Energie, die zum Schmelzen eines Stoffes benötigt wird. [e] Wenn zwei Körper mit unterschiedlicher Wärmekapazität ins thermische Gleichgewicht gebracht werden, haben beide anschließend die gleiche thermische Energie. [f] Während des Phasenübergangs eines Stoffes von fest zu flüssig bleibt die Temperatur des Stoffes konstant. [g] Die molare Wärmekapazität ist die Wärmekapazität eines Stoffes bezogen auf die Anzahl der Moleküle oder Atome des Stoffes. [h ] Nach dem Dulong-Petit-Gesetz ist die molare Wärmekapazität eines Festkörpers eine materialspezifische Konstante und abhängig von der Stoffart. SS2010 Lösung: Richtig sind c, d, f, g Kapitel 4: Kalorimetrie Zur Übung 3) Welche Aussagen sind korrekt? (Pro richtiger Antwort 0,25 Punkte, pro falscher Antwort 0,25 Punkte Abzug, minimal erreichbare Punktzahl 0. Aufmerksam lesen! Richtige Antworten ankreuzen) [ a ] Ein zweiatomiges Gas hat bei Raumtemperatur 3 Translations- und 2 Rotationsfreiheitsgrade. [ b ] Die Temperatur eines Gases ist proportional zur mittleren kinetischen Energie eines Gasteilchens. [ c ] Die spezifische Schmelzwärme gibt die Wärmemenge pro Masse einer Flüssigkeit an, die dieser zugeführt werden muss, um die Flüssigkeit zu verdampfen. [ d ] Stehen zwei Körper in thermischen Kontakt und haben die gleiche Temperatur, so sind sie im thermischen Gleichgewicht. [ e ] Der Nullpunkt der Kelvinskala ist absolut, d. h. es gibt keine negativen Temperaturen. [ f ] Ein Block von 2 kg Aluminium hat die doppelte molare Wärmekapazität eines Blocks von 1 kg Blei. [ g ] Der Wasserwert eines Kalorimeters gibt dessen elektrische Leistung an. [ h ] Ein ideales Gas besteht aus miteinander wechselwirkenden punktförmigen Teilchen. SS2011 Lösung: Richtig sind a, b, d, e Kapitel 4: Kalorimetrie Zur Übung 14) Welche Aussagen sind korrekt? (Pro richtiger Antwort 0,25 Punkte, pro falscher Antwort 0,25 Punkte Abzug, minimal erreichbare Punktzahl 0, Aufmerksam lesen! Richtige Antworten ankreuzen) [ a] Die Zustandsgleichung für ein ideales Gas lautet: p / V = n · R · T [ b] Bei einer isothermen Zustandsänderung ist das Produkt aus Druck und Temperatur konstant. [ c] Die thermische Energie eines idealen Gases entspricht der gesamten kinetischen Energie aller Teilchen des Gases. [ d] Die speziτΏ sche Wärme von Wasser ist weitgehend temperaturunabhängig. [ e] Beim Phasenübergang Flüssig-Gas wird ein Teil der Verdampfungswärme zur Überwindung der Molekularkräfte der Flüssigkeit verbraucht. [ f] Die spezifische Wärmekapazität ist unabhängig von der Art des Stoffes. [ g] Gefrorenes Wasser (Eis) hat immer eine Temperatur von 0°C. [ h] Nach dem Dulong-Petit-Gesetz ist die molare Wärmekapazität eines Festkörpers eine Konstante und unabhängig von der StoτΏ art. WS2009/2010 Lösung: Richtig sind c, d, e, h Kapitel 4: Kalorimetrie Zur Übung 6) Welche Aussagen sind korrekt? (Pro richtiger Antwort 0,25 Punkte, pro falscher Antwort 0,25 Punkte Abzug, minimal erreichbare Punktzahl 0, Aufmerksam lesen! Richtige Antworten ankreuzen) a) Bei einer isochoren Zustandsänderung bleibt der Druck konstant. b) Helium besitzt 3 Freiheitsgrade der Translation. c) Nach dem Dulong-Petit-Gesetz haben alle Festkörper die gleiche molare Wärmekapazität. d) Am absoluten Nullpunkt der Temperatur besitzen die Teilchen lediglich Rotationsenergie. e) Schmelzwärme wird als latente Wärme bezeichnet. f) Nimmt bei einer isothermen Zustandsänderung der Druck ab, so verkleinert sich das Volumen des Gases. g) 4,1868 J entsprechen 1 cal. h) Beim Verdampfen von Wasser wird Energie frei. WS 2011 Lösung: richtig sind b, c, e, g Kapitel 4: Kalorimetrie Dichte von Luft Experimentelle Bestimmung der Dichte von Luft - 6.4 L Glaskolben wird auf ca. 10-2 mbar evakuiert - Kolben verschließen - Leere Kolben wiegen, Gewicht nullen - Luft einströmen lassen => Waage zeigt 8 g an ο V = 6.4 L ο m = 8g => Dichte der Luft: ππΏπ’ππ‘ = π π = 8π 6.4 πΏ = 1.3 π πΏ Kapitel 4: Kalorimetrie Dichte von Luft Wirkung des Luftdrucks: Magdeburger Halbkugeln Otto von Guericke demonstriert auf dem Reichstag in Regensburg, 1654 die Wirkung des Luftdrucks => Beweis der Erdatmosphäre Versuchsdurchführung: - Evakuierung eines Behälters mit Deckel (ursprünglich 2 Halbkugeln) - An dem Deckel wird eine Masse von ca. 14 kg gehängt. - Ventil langsam öffnen => Luft strömt ein => bei ca. 0.4 bar fällt die Kugel http://de.wikipedia.org/wiki/Magdeburger_Halbkugeln
