Physik 9 · Wärmelehre

Mischungsversuch

Mischt man warmes und kaltes Wasser, gibt das warme Wasser Energie ab, und das kalte nimmt sie auf. Für jeden Stoff gilt ΔE = c · m · ΔT. Die spezifische Wärmekapazität c sagt, wie viel Energie ein Kilogramm des Stoffs für ein Kelvin braucht. Mit dem Mischungsversuch bestimmst du c für einen festen Körper.

So gehst du vor

1Wähle „Wasser mit Wasser“ oder „Körper in Wasser“ und stelle Massen und Temperaturen ein.
2Tippe „Eingießen“ oder „Eintauchen“. Das Diagramm zeichnet die Temperatur im Becher auf.
3Warte, bis die Temperatur nicht mehr steigt. Das ist die Mischungstemperatur T_M.
4Tippe „In die Tabelle“ und setze neu an. Miss mit anderen Massen, mindestens dreimal.
5Rechne selbst. Erst dann „Ausgleichsgerade und Auswertung zeigen“.

Thermometer

20,0 °C

Höchstwert

–,– °C

Zeit

0 s

Das Thermometer zeigt Zehntelgrad und streut etwas. Auf dem Weg zum Becher kühlt der heiße Stoff ein wenig ab. Auch das Gefäß nimmt Energie auf und gibt welche nach außen ab.

Versuch

Gefäß

Körper

Masse des Körpers m_K

200 g

Wasser im Becher m_W

300 g

Wassertemperatur T_W

20 °C

A Wasser mit Wasser: Stimmt die Energiebilanz?

Das warme Wasser gibt c · m₂ · (T₂ − T_M) ab, das kalte nimmt c · m₁ · (T_M − T₁) auf. Das c kürzt sich: Beide Produkte sollten gleich sein.

Nr.	m₂ · (T₂ − T_M) in kg · K	m₁ · (T_M − T₁) in kg · K

B Körper in Wasser: spezifische Wärmekapazität von Aluminium

Aus c_K · m_K · (T_K − T_M) = c_W · m_W · (T_M − T_W) folgt: Die Steigung der Geraden ist c_Kc_W.

Nr.	m_K · (T_K − T_M) in kg · K	m_W · (T_M − T_W) in kg · K

Aufträge

Wasser mit Wasser, Styroporbecher: 200 g mit 20 °C und 200 g mit 60 °C. Sage T_M vorher, dann miss. Wiederhole es mit 100 g kaltem und 300 g warmem Wasser.
Wiederhole die erste Mischung im Glasbecher. Um wie viel Grad fällt T_M niedriger aus? Warum sinkt die Temperatur danach schneller als im Styroporbecher?
Bestimme aus einer Mischung im Glasbecher, wie viel Energie der Becher je Kelvin aufnimmt. Rechne dazu abgegebene minus aufgenommene Energie und teile durch die Erwärmung.
Tauche 200 g Aluminium in 300 g Wasser mit 20 °C. Berechne c_K aus der einen Messung, dann aus drei Messungen mit der Geraden in Tabelle B. Warum liegt dein Wert etwas unter dem Tabellenwert?
Gleiche Masse, gleiche Starttemperatur: Tauche nacheinander Aluminium und Blei ein. Welcher Körper erwärmt das Wasser mehr? Erkläre es mit ΔE = c · m · ΔT.
Bestimme c von Körper X. Welcher Stoff aus der Liste kommt infrage? Löse erst danach auf.

Theorie: Kapitel „Spezifische Wärme“. Wasser hat c = 4190 Jkg · K.