Die Schmelz- und Verdampfungswärme von Wasser

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1 1/ ,19:27Erstellt von Oliver Stamm Die Schmelz- und Verdampfungswärme von Wasser 1. Einleitung 1.1. Die Ausgangslage zum Experiment 1.2. Die Vorgehensweise 2. Theorie 2.1. Begriffe und Variablen 2.2. Formel 3. Experiment 3.1. Messdaten 3.2. Grafik 3.3. Berechnung 3.4. Fehlerrechnung 4. Diskussion des Experimentes

2 2/ ,19:27Erstellt von Oliver Stamm 1. Einleitung Dampf und Eis werden zu flüssigem Wasser gemischt. Aus den beobachteten Temperatursprüngen und weiteren Daten lassen sich die spezifische Schmelz- und Kondensationswärme berechnen. > Eine Waage > Ein Kalorimeter > Ein Barometer > Verschiedene Thermometer > Ein Gefäß, in welchem Dampf erzeugt wird mit Hilfe eines Bunsenbrenners. > Ein Rührer, um das Wasser zu durchmischen 1.1 Die Vorgehensweise 1. Wägen des Kupfer-Innenbechers des Kalorimeters mitsamt Rührer, aber ohne Thermometer. 2. Füllen des Innenbecher zu 2/3 mit kaltem Leitungswasser und wägen der Wassermasse. 3. Messen der Temperatur des Wassers im Kalorimeter als Funktion der Uhrzeit (etwa in Minutenabständen).Dabei öfters rühren. Vor und nach den zwei Mischungen je etwa zehn Minuten lang messen. 4. Währenddem etwas Wasser in den Dampfkessel füllen und heizen. (Vorsicht Verbrühungsgefahr!) Warten, bis die Dampfleitung heiss ist und der Dampf gleichmäßig ausströmt. 5. Das Dampfrohr eine Zeitlang ins Wasser im Kalorimeter tauchen und kräftig rühren. Gleichzeitig das Thermometer beobachten: Die Wassertemperatur darf keinesfalls dessen Messbereich überschreiten,höre also frühzeitig wieder auf. Es sollte auch kein Kondenswasser aus der Dampfleitung ins Kalorimeter gelangen. 6. Während zehn Minuten die Temperatur messen. Dann die Wassermasse genau wägen und den Becher zurück ins Kalorimeter stellen. 7. Die Temperaturmessungen etwa zehn Minuten weiterführen. Dann etwas trockenes Eis dazuschütten, rühren und die Temperatur nochmals zehn Minuten messen. Danach die Wassermassewägen. Nehme nicht zuviel Eis (weniger als 1/3 der Wassermasse), denn die Mischungstemperatur muss über 0 C bleiben Das Eis kann mit einer Papierserviette getrocknet werden.

3 3/ ,19:27 Erstellt von Oliver Stamm 8. Arbeitsplatz aufräumen. 9. Mit Hilfe des Barometers und der ausgehängten Tabelle die aktuelle Temperatur des Wassersbestimmen, schlage die spezifische Wärmekapazitat von Wasser und Kupfer nach. 2. Theorie 2.1 Begriffe und Variablen Kalorimeter Verdampfen Kondensieren Schmelzen Erstarren Verdampfungswärme Kondensationswärme Schmelzwärme Erstarrungswärme Barometer Gerät, von dem man die genaue Wärmekapazität kennt. Überführung eines Stoffes vom flüssigen in den gasförmigen Aggregatszustand Überführung eines Stoffes vom gasförmigen in den flüssigen Aggregatszustand Überführung eines Stoffes vom festen in den flüssigen Aggregatszustand Überführung eines Stoffes vom flüssigen in den festen Aggregatszustand Energie, die Benötigt wird, einen Stoff zu verdampfen Energie, die Benötigt wird, einen Stoff zu kondensieren Energie, die Benötigt wird, einen Stoff zu schmelzen Energie, die Benötigt wird, einen Stoff zu verdampfen Gerät zum Messen des Luftdruckes L V L F m Wasser1 m Wasser2 m Wasser3 m Eis m Dampf T sied T gemessen1 T gemessen2 m Kalorimeter C kalorimeter T 0 C Wasser Q Spezifische Verdampfungs bzw. Kondensationswärme Spezifische Schmelz bzw. Erstarrungswärme Masse des Wassers am Amfang des Experimentes Masse des Wassers nach Einführen des Dampfes Masse des Wassers nach zugeben des Eises Masse des Eises Masse des Dampfes Siedetemperatur des Wassers Temperatur gemessen nach eingeben des Dampfes Temperatur gemessen nach eingeben des Eises Masse des Kalorimeters Wärmekapazität des Kalorimeters Ausgangstemperatur des Wassers im Kalorimeter Wärmekapazität des Wasers Wärmemenge in Joules

4 4/ ,19:27 Erstellt von Oliver Stamm 2.2 Formel zur Berechnung des Experimentes Die allgemeinen Formeln zur Berechnung lauten: Q = L F * m Q = L V * m Es gilt aber auch: Q = m Kalorimeter * C kalorimeter * (T gemessen1 - T 0 ) + m Wasser * C Wasser *( T gemessen1 - T 0 ) + m Dampf * C Wasser *(T Dampf T1) Q = m Kalorimeter * C kalorimeter * (T gemessen2 - T gemessen1 ) + m Wasser * C Wasser *( T gemessen2 - T gemessen1 ) + m Eis * C Wasser *(T Eis T 2 ) Nach der Auflösung und Gleichsetzung der Formeln nach L V, beziehungsweise L F, können die Schmelz- und Verdampfungswärmen berechnet werden. L F = (T gemessen1 - T 0 ) (m Kalorimeter * C kalorimeter + m Wasser * C Wasser ) + m Eis * C Wasser *(T Eis T 2 ) m Wasser L V = (T gemessen2 - T gemessen1 )( m Kalorimeter * C kalorimeter + m Wasser * C Wasser ) m Wasser

5 5/ ,19:27 Erstellt von Oliver Stamm 3. Das Experiment 3.1 Messdaten Masse des Kalorimeters mit dem Rührer, leer 156,94 g Masse des Kalorimeters mit dem Rührer, gefüllt mit Wasser 459,47g Wärmekapazität des Kalorimeters 383 J/Kg* k Wärmekapazität deswassers 4182 J/Kg* k Masse des Wassers g Masse des Wassers mit Dampf g Masse des Wassers mit Eis g Masse der Nieten 40,29 g Luftdruck abgelesen Torr Zimmertemperatur 22.0 C Korrigierter Luftdruck mit Hilfe der Tabelle = Torr Siedetemperatur des Wassers bei Torr Luftdruck 98,798 C

6 6/ ,19:27 Erstellt von Oliver Stamm Temperatur vor dem Eintauchen Des Dampfes Zeit in Minuten Temperatur in Celsius Temperatur beim und nach dem Eintauchen des Dampfes Zeit in Minuten Temperatur in Celsius Temperatur beim und nach dem Einwerfen des Eises Zeit in Minuten Temperatur in Celsius

7 7/ ,19:27Erstellt von Oliver Stamm 3.2 Grafik Aus der Grafik geht zwar hervor, dass die Werte der Temperaturen relativ gleich bleibt, für die Berechnung aber sind nur die Temperatursprünge, respektiv das jeweilige T wichtig. Mit dem Taschenrechner kann man mit Hilfe der Statistikfunktionen diese Werte berechnen. Somit ergeben sich folgende Werte für die drei wichtigen Temperaturen: T 0 =20.1 C T gemessen1 = 41.0 C T gemessen2 = 27.9 C

8 8/ ,19:27Erstellt von Oliver Stamm 3.3 Berechnung Man kann zwar die Werte einfach in die Formel eintragen, Wir setzten nun einfach die gemessenen Werte in die Formel ein, und erhalten so die gewünschten Wärmewerte. Folgende nicht bekannte Werte werden dem Formel und Tafelbuch entnommen: Die Wärmekapazität des Kalorimeters, da das aus Kupfer besteht und die Wärmekapazität des Wassers. Damit in der Berechnung nicht immer die Sorten eingetragen werden müssen, gilt: > Massen m in kg > Wärmekapazitäten in J/(kg * k) > Temperaturen in k L F = ( )( 383 * * 0.310) *4182*( ) = 3.433*10^4 L V = ( )( 383 * * 0.341) * 4182 * ( ) = 1.359*10^5

9 9/ ,19:27Erstellt von Oliver Stamm 3.4 Die Fehlerrechnung Fehler können bei diesem Experiment eigentlich nicht sehr viele passieren, jedoch kann sich der Fehler bei dieser komplizierten Rechnung sehr schnell aumsummieren. Da man den Fehler von Multiplikationen nicht einfach so berechnen kann, muss man die Fehler nach folgender Formel berechnen: Also sieht der Fehler folgendermassen aus: L F = L f * L f Nun müssen die Werte wiederum in die Formel eingesetzt werden, mit folgenden Fehlerwerten: Für die Massen: = 0.1 g Für die Kapazitäten: =0.0 Für die Temperaturen: =0.1 C 4.Diskussion des Experimentes Die Werte für L F und L V konnten mit diesem experiment recht gut angenähert werden. Auf die gleiche Art lassen sich diese Werte für andere, bei Zimmertemperatur flüssige Stoffe berechnen.