W2 – Spezifische Schmelzwärme von Wassereis 1
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W2 – Spezifische Schmelzwärme von Wassereis 1 Aufgabenstellung 1.1 Bestimme den Wirkungsgrad der Anordnung Heizplatte- Aluminiumkochtopf! 1.2 Bestimme die spezifische Schmelzwärme von Wassereis! 2 Vorbetrachtung 2.1 Skizziere den prinzipiellen Verlauf eines T-Q-Diagramms bei der Erwärmung von Wassereis (-20°C) bis zu Wasserdampf (120 °C)! 2.2 Es soll der Wirkungsgrad einer Heizplatte (P = 75 W) bestimmt werden. Dabei wird ein 100 g schwerer Aluminiumkochtopf auf die Heizplatte gestellt, in dem sich 200 ml Wasser der Temperatur ϑ = 20°C befinden. Nach zehn Minuten besitzt das Wasser eine Temperatur von 60 °C. Berechne den Wirkungsgrad! 2.3 Leite die Gleichung zur Berechnung der spezifischen Schmelzwärme des Wassereises her. Dabei soll der Wirkungsgrad der Heizplatte als bekannt vorausgesetzt werden. Die zu betrachtenden Vorgänge sind die Erwärmung von Eis, das Schmelzen und die Erwärmung auf eine bestimmte Temperatur. Beachte, dass die von der Herdplatte abgegebene Energie stets ein negatives Vorzeichen besitzt! P…Leistung der Herdplatte η… Wirkungsgrad der Herdplatte t… Zeit, die die Anordnung auf der eingeschalteten Herdplatte verweilt qS… spezifische Schmelzwärme des Wassers Indices: E…Eis W… Wasser T…Topf 3 Geräte - V-Fuß - Heizplatte - Flüssigkeitsthermometer - Aluminiumkochtopf - Stoppuhr - Waage 4 Durchführung ACHTUNG! Bei diesem Versuch ist der Umgang mit siedendem Wasser sowie gefährlichen Spannungen notwendig. Handele demnach mit höchster Vorsicht und achte beim Versuchsaufbau darauf, dass im Fall des Umstoßens des Gefäßes keine Körperteile verbrüht oder Spannung führende Leiter übergossen werden. 4.1 Baue die Heizplatte wie abgebildet auf! Fülle 100 ml kaltes Wasser in den Aluminiumkochtopf und miss dessen Temperatur! Es ist ebenfalls die Masse des Topfes zu bestimmen! Die Heizplatte wird ca. 1 min vorgeheizt. Anschließend wird der Topf auf die Platte gestellt und unter ständigem Rühren die Zeit gestoppt, in der sich das Wasser um ca. 20 K erwärmt! Die Leistung der Heizplatte ist deren Aufschrift zu entnehmen! Notiere Messabweichungen! 4.2 Nach Abkühlung des Topfes ist das Eis vom Physiklehrer abzuholen sowie dessen Ausgangstemperatur zu erfragen! Nach zügigem Transport des Eises zum Experimentierort wird der Topf auf die eingeschaltete Herdplatte gestellt und unter ständigem Rühren die Zeit gestoppt, bis die entstehende Schmelze eine Temperatur von ca. 20 °C erreicht hat. Nun ist unbedingt die Masse des Wassers zu bestimmen! Notiere Messabweichungen! 5 Auswertung 5.1 Berechne den Wirkungsgrad deiner Anordnung Heizplatte-Aluminiumkochtopf! 5.2 Berechne die spezifische Schmelzwärme des Wassereises mit Hilfe der Gleichung aus 2.3! 5.3 Führe eine Fehlerbetrachtung durch und vergleiche systematische und zufällige Fehler! Zusatz: 5.4 Inwiefern ist die Wärmekapazität Temperaturmessung von Bedeutung? Begründe! eines Thermometers bei einer
