Spezifische Schmelzwärme

Physik-Laborprotokoll Nr.
Spezifische Schmelzwärme
Über die Wärmekapazität und die Kalorimetie
Wird einem Stoff Wärme zugeführt, so steigt seine Temperatur, wird ihm Wärme entzogen, so sinkt sie.
Die ausgetauschte Wärmemenge ist proportional der Temperaturdifferenz ,der Masse des Stoffes (m) und der
Spezifischen Wärmekapazität (c) des Stoffes. C ist ein Proportionalitätsfaktor, der stoffspezifisch ist.
Für Wasser hat die spezifische Wärmekapazität den Wert 4,187 KJ/kgK.
Es ist die Wärmemenge, die man benötigt, um 1kg Wasser um ein Kelvin / Grad Celsius zu erwärmen.
Die Messung von Wärmemengen wird als Kalorimetrie bezeichnet.
Experimentell ist sie so durchzuführen, daß beim Austausch von Wärmemengen keine Wärmeverluste an die
Umgebung auftreten.
Ein Wärmeübergang tritt immer dann ein, wenn zwei Stoffe verschiedener Temperatur miteinander in
Kontakt gebracht werden. Es stellt sich zwischen beiden Stoffen ein Temperaturgleichgewicht, die
sogenannte Mischungstemperatur Tcm ein. Sind dabei keine Wärmeverluste aufgetreten, gilt folgender
Zusammenhang:
Wärmemenge (Q) = Spezifische Wärmekapazität (c) Masse Stoff (m) Temperaturdifferenz
Q ab
C 1 m1
´1
Q auf
C 2 m1
M
´M
2
Messungen von Wärmemengen werden in Kalorimeter durchgeführt. Als Kalorimeter benutzt man ein
Deward-Gefäß. Das ist ein doppelwandiges, evakuiertes, verspiegeltes Glasgefäß. Die wichtigsten
Möglichkeiten des Wärmetransports bei einem Deward-Gefäß werden vermieden durch:
1. Glas als Material; schlechter Wärmeleiter
2. Evakuieren des doppelwandigen Gefäßes; Wärmeverlust durch Konvektion wird vermieden
3. Verspiegelung des Glases; Schützt vor Verlust durch Wärmestrahlung
Unvermeidlich ist allerdings, daß sich bei solchen kalorimetrischen Experimenten die Apparatur erwärmt
bzw. abkühlt. Diese von der Apparatur umgesetzte Wärmemenge muß bei Messungen stets berücksichtigt
werden.
Dazu muß man die Wärmekapazität des Kalorimeters, den Wasserwert , kennen. Die Wärmekapazität des
Kaloriemeters CW wird ebenfalls in einem Mischungsversuch ermittelt. Zu diesem Zweck bringt man in der
Apparatur eine Bestimmte Menge kaltem und warmen Wassers von jeweils bekannte Temperatur zusammen
und Bestimmt die Mischungstemperatur.
Q ab
Q auf
cH 2O m H 2O
cH 2O m H 2O
1
cw
M
M
1
M
2
1
Versuchsdurchführung:
Geräte:
1 Heizplatte
1 Magnetrührer und Rührfisch
1 Stoppuhr
1 Dewardgefäß
2 Digitale Thermometer
Millimeterpapier
Aufgabe( siehe Blatt: Physik-Labor/Spezifische Schmelzwärme):
1. Aufnahme des Mischungsvorgang; Bestimmung der Masse des leeren Dewardgefäß ,mit warmen Wasser
befüllen und Zugabe von Eis, genaue Kontrolle der Temperatur, siehe Tabelle.
2. Bestimmung der Anfangs- und der Mischungstemperatur; graphische Darstellung im Diagramm,T1 und
TM.
3. Bestimmung der Wärmekapazität des Kalorimeters; kaltes Wasser und warmes Wasser gemischt,
graphische Darstellung im Diagramm, Anfangstemperatur Tc1 und Mischungstemperatur TcM.
Berechnung der Wärmekapazität.
4. Bestimmung der spezifischen Schmelzwärme von Eis.
Leergewicht Kalorimeter mit Magnetrührer = 199.0g
Zeit (sec)
Eiszugabe
Warmwasser
Temp (°C)
Temp (°C)
0
53,6
18,0
30
53,4
18,1
60
53,3
18,1
90
53,1
18,0
120
52,8
18,0
150
52,5
18,0
180
52,1
18,0
210
41,5
33,4
240
40,7
33,8
270
40,4
33,9
300
40,3
33,8
330
40,3
33,8
360
40,3
33,8
Ermittelte Meßdaten und Gewichte :
Zu 1.+2. Masse Eis (me)
Masse Wasser (mw)
Anfangstemperatur (T1)
Mischungstemperatur (TM)
= 16,92g
= 146,75g
= 51,95°C
= 40,65°C
Zu 3.+4. Masse Wasser kalt (mc1)
Anfangstemperatur kalt (Tc1)
Masse Wasser warm (mc2)
Temperatur warm (Tc2)
Mischungstemperatur (TcM)
= 122,95g
= 18,0°C
= 78,55g
= 57,3°C
= 33,8°C
2
Bestimmung der Wärmekapazität des Kalorimeters:
C
cw mc 2
TC 2 TCM
mC1
TCM TC1
KJ
57,3 C 33,8 C
78,99 g
122,95 g
g K 10³
33,8 C 18,0 C
4,187
0,0256
KJ
K
Bestimmung der spezifischen Schmelzwärme von Eis:
q
T 1 TM
( m w cw
mE
51 .95 C
40 ,65 C
C)
cw T M
146 ,75 g 4 ,187
16 ,95 g
0 ,9205
KJ
10 ³ g K
( ) 0 ,02562
KJ
K
4 ,187
KJ
313 ,65 K
10 ³ g K
KJ
g
3