Latente Wärmen Physikalisches Praktikum W3..-1 Ziel ... - hknoll.ch
Latente Wärmen Physikalisches Praktikum W3..-1 Ziel ... - hknoll.ch
Latente Wärmen Physikalisches Praktikum W3..-1 Ziel ... - hknoll.ch
Sie wollen auch ein ePaper? Erhöhen Sie die Reichweite Ihrer Titel.
YUMPU macht aus Druck-PDFs automatisch weboptimierte ePaper, die Google liebt.
Chur<br />
<strong>Latente</strong> Wärmen<br />
<strong>Physikalis<strong>ch</strong>es</strong><br />
<strong>Praktikum</strong><br />
<strong>W3.</strong>.-1<br />
<strong>Ziel</strong>:<br />
Das Auftreten latenter Wärmemengen ist ein wi<strong>ch</strong>tiges Phänomen von Phasenübergängen. Es sollen hier die<br />
spezifis<strong>ch</strong>e S<strong>ch</strong>melzwärme (A) bzw. die spezifis<strong>ch</strong>e Kondensationswärme (B) von H 2 O experimentell bestimmt<br />
werden.<br />
Führen Sie Versu<strong>ch</strong><br />
dur<strong>ch</strong>.<br />
Methoden:<br />
Die S<strong>ch</strong>melzwärme wird beim S<strong>ch</strong>melzen von Eis ermittelt, die Kondensationswärme wird beim Kondensieren von<br />
Wasserdampf bestimmt. In beiden Fällen wird in einem Mis<strong>ch</strong>ungsversu<strong>ch</strong> die latente Wärme in Wasser<br />
aufgenommen. Dur<strong>ch</strong> die Abkühlung bzw. Erwärmung von Wasser kann die jeweilige latente Wärme bestimmt<br />
werden.<br />
Erläuterungen:<br />
Bei den beiden Experimenten ist jeweils zu berücksi<strong>ch</strong>tigen, dass Wärme dur<strong>ch</strong> Leitung, Konvektion und Strahlung<br />
verloren gehen kann. Deshalb ist für geeignete Isolation zu sorgen.<br />
Theorie:<br />
Wärmelehre<br />
Literatur:<br />
<strong>Physikalis<strong>ch</strong>es</strong> <strong>Praktikum</strong>: Becker, S. 60 ff.<br />
Geräte:<br />
1 Fla<strong>ch</strong>kolben 250 ml<br />
1 kurzes Glasrohr mit Stopfen + Tropfenfänger<br />
1 Hg-Thermometer (R3/)<br />
1 Elektronis<strong>ch</strong>es Thermometer (Maey)<br />
1 Kalorimeter mit Deckel<br />
1 Gasbrenner<br />
1 Dreibein<br />
1 Asbestnetz<br />
Be<strong>ch</strong>ergläser<br />
Name: ......................................................... Klasse: Tc 2 Datum: .................................<br />
Beurteilung:<br />
Auswertung ...................................<br />
Fehlerre<strong>ch</strong>nung ...................................<br />
Fehlerdiskussion ...................................<br />
Protokollführung ...................................<br />
Summe ...................................<br />
Copyrigt (C) 1990 - 2000 by H. Knoll 11.5.2000
Chur<br />
<strong>Latente</strong> Wärmen<br />
<strong>Physikalis<strong>ch</strong>es</strong><br />
<strong>Praktikum</strong><br />
<strong>W3.</strong>.-2<br />
Grundlagen:<br />
Phasendiagramm - Dampfdruckkurve<br />
Der gasförmige und der flüssige Zustand eines Stoffes<br />
können bei vorgegebener Temperatur nur bei einem<br />
bestimmten, vom Stoff abhängigen Druck glei<strong>ch</strong>zeitig<br />
auftreten. Glei<strong>ch</strong>es gilt für die Übergänge zwis<strong>ch</strong>en<br />
festem und flüssigem sowie zwis<strong>ch</strong>en festem und<br />
gasförmigen Zustand. Die Dampfdruckkurve endet<br />
am kritis<strong>ch</strong>en Punkt K. Oberhalb der dazugehörigen<br />
kritis<strong>ch</strong>en Temperatur ist eine Unters<strong>ch</strong>eidung zwis<strong>ch</strong>en<br />
flüssig und gasförmig ni<strong>ch</strong>t mehr mögli<strong>ch</strong>.<br />
Einzig am Trippelpunkt T können alle drei Phasen<br />
glei<strong>ch</strong>zeitig existieren.<br />
p<br />
fest<br />
T<br />
flüssig<br />
gasförmig<br />
K<br />
T<br />
<strong>Latente</strong> Wärmen<br />
Unter einer latenten Wärme versteht man eine Wärmemenge, die zur Zustandsänderung eines Körpers aufgewendet<br />
werden muss. Es sind dies also die S<strong>ch</strong>melzwärme und die Verdampfungswärme. Bei der Umkehrung des Vorgangs<br />
werden die latenten Wärmen wieder frei als Erstarrungswärme und als Kondensationswärme. Die latenten Wärmen<br />
sind für vers<strong>ch</strong>iedene Stoffe unters<strong>ch</strong>iedli<strong>ch</strong>. Die beim Phasenübergang zugeführte Wärmemenge führt dabei ni<strong>ch</strong>t<br />
zu einer Temperaturerhöhung.<br />
Messmethoden und Messgeräte:<br />
Mis<strong>ch</strong>ungsversu<strong>ch</strong>e<br />
Bei Mis<strong>ch</strong>ungsversu<strong>ch</strong>en ist darauf zu a<strong>ch</strong>ten, dass die<br />
Temperaturen, wel<strong>ch</strong>e von der Umgebungstemperatur<br />
abwei<strong>ch</strong>en, gut überwa<strong>ch</strong>t werden. Während der Mis<strong>ch</strong>ung<br />
wird ein Temperaturausglei<strong>ch</strong> stattfinden. In<br />
der Regel erhält man ein Diagramm wie in der Abbildung<br />
re<strong>ch</strong>ts. Die Temperaturwerte können an den<br />
S<strong>ch</strong>nittpunkten der Hilfsgeraden abgelesen werden.<br />
Wasserwert des Kalorimeters<br />
In einem Mis<strong>ch</strong>ungsversu<strong>ch</strong> kann der Wasserwert des Kalorimeters ermittelt werden. Das Kalorimeter wird zum<br />
Teil mit kaltem Wasser gefüllt. Ans<strong>ch</strong>liessend wird heisses Wasser hinzugegeben. Dabei wird das kalte Wasser und<br />
au<strong>ch</strong> das Kalorimeter mit den diversen Einsätzen erwärmt. Wird der Wasserwert des Kalorimeters mit x bezei<strong>ch</strong>net,<br />
so erhält man folgende Bilanz:<br />
(1) c W •(m 1 + x)•(T m - T 1 ) = c W •m 2 •(T 2 - T m )<br />
c W = spezifis<strong>ch</strong>e Wärme von Wasser<br />
m 1 = Masse kaltes Wasser, m 2 = Masse heisses Wasser<br />
T 1 = Temperatur kaltes Wasser, T 2 = Temperatur heisses Wasser, T m = Mis<strong>ch</strong>temperatur<br />
x = Wasserwert des Kalorimeters<br />
Temperaturmessung<br />
Zur Temperaturmessung können gewöhnli<strong>ch</strong>e Laborthermometer verwendet werden, da die Versu<strong>ch</strong>sgenauigkeit<br />
keine Spezialgeräte erforderli<strong>ch</strong> ma<strong>ch</strong>t.<br />
Messfehler<br />
Bei Experimenten mit Wärme können vielfa<strong>ch</strong> Fehlerquellen zur Beeinträ<strong>ch</strong>tigung der Messergebnisse führen.<br />
Insbesondere ist immer der Temperaturunters<strong>ch</strong>ied zwis<strong>ch</strong>en Messgut und Umgebung zu bea<strong>ch</strong>ten. Bei grösseren<br />
Abwei<strong>ch</strong>ungen müssen geeignete Kalorimeter oder Isolationseinri<strong>ch</strong>tungen verwendet werden. Ebenfalls besteht<br />
eine Gefahr darin, dass Teile des Messgutes verdunsten oder dur<strong>ch</strong> Vers<strong>ch</strong>ütten abhanden kommen. Genau so ist<br />
aber au<strong>ch</strong> auf die ungewollte Vermehrung des Messgutes zu a<strong>ch</strong>ten (Tropfen von Kondensaten).<br />
Copyright (C) 1990 - 2000 by H: Knoll 11.5.2000
Chur<br />
<strong>Latente</strong> Wärmen<br />
<strong>Physikalis<strong>ch</strong>es</strong><br />
<strong>Praktikum</strong><br />
<strong>W3.</strong>.-3<br />
Dur<strong>ch</strong>führung des Experiments:<br />
A: Spezifis<strong>ch</strong>e S<strong>ch</strong>melzwärme von Eis<br />
Die spezifis<strong>ch</strong>e S<strong>ch</strong>melzwärme ist die Wärmemenge, wel<strong>ch</strong>e für das S<strong>ch</strong>melzen von 1g oder 1 kg des Stoffes<br />
benötigt wird. Am einfa<strong>ch</strong>sten ist es, die S<strong>ch</strong>melzwärme in einem Mis<strong>ch</strong>ungsversu<strong>ch</strong> zu bestimmen. Hier soll die<br />
spezifis<strong>ch</strong>e S<strong>ch</strong>melzwärme von Eis bestimmt werden. Dazu werden gut abgetrocknete Eiswürfel von 0°C in Wasser<br />
von bekannter Temperatur ges<strong>ch</strong>molzen. Das Wasser wird dabei abgekühlt, wobei die Wärme einerseits zum<br />
S<strong>ch</strong>melzen und ferner zum Erwärmen des S<strong>ch</strong>melzgutes verwendet wird. Es ist darauf zu a<strong>ch</strong>ten, dass eine<br />
hinrei<strong>ch</strong>end grosse Menge Warmwasser verwendet wird, damit alles Eis s<strong>ch</strong>melzen kann. Für die Bestimmung der<br />
Masse des Eises empfiehlt si<strong>ch</strong> eine Messung der Gesamtmasse na<strong>ch</strong> dem S<strong>ch</strong>melzen.<br />
A<strong>ch</strong>tung: Im Eiss<strong>ch</strong>rank im Vorbereitungszimmer können Eiswürfel hergestellt werden. Die Experimentatoren sind<br />
für die re<strong>ch</strong>tzeitige Produktion verantwortli<strong>ch</strong>. Es ist empfehlenswert, die reservierten Eiswürfel zu markieren.<br />
B: Spezifis<strong>ch</strong>e Kondensationswärme von Wasser<br />
Die spezifis<strong>ch</strong>e Kondensationswärme ist die<br />
Wärmemenge, wel<strong>ch</strong>e beim Kondensieren von 1g<br />
oder 1 kg des Stoffes frei wird. Au<strong>ch</strong> hier dient ein<br />
Mis<strong>ch</strong>ungsversu<strong>ch</strong> zur Bestimmung dieser Wärme.<br />
Für Wasser kann folgende Versu<strong>ch</strong>sanordnung<br />
eingeri<strong>ch</strong>tet werden. Im Kolben wird Wasser<br />
verdampft. Der Dampf wird in ein mit kaltem Wasser<br />
gefülltes Kalorimeter geleitet, wo er kondensiert und<br />
seine Kondensationswärme an das Wasser abgibt.<br />
Dabei steigt die Wassertemperatur. Allerdings wird in<br />
der Praxis bereits im Überleitungsröhr<strong>ch</strong>en Dampf<br />
kondensieren und das Kondensat (Wassertröpf<strong>ch</strong>en) in<br />
das Kalorimeter fliessen, was zu einer Fehlmessung<br />
führt. Um dies zu verhindern, wird ein Tropfenabs<strong>ch</strong>eider<br />
eingesetzt (zur Zeit no<strong>ch</strong> ni<strong>ch</strong>t verfügbar).<br />
Die Masse des Dampfes wird na<strong>ch</strong> Beendigung des<br />
Experiments mti der Gesamtmasse ermittelt.<br />
Copyright (C) 1990 - 2000 by H: Knoll 11.5.2000
Change language