Über dieses Experiment
Gleiche Energiezufuhr führt nicht zu gleichen Temperaturanstiegen. Vergleichen Sie eine wasserähnliche Probe mit einem Material mit geringerer Wärmekapazität, um zu sehen, wie Masse und spezifische Wärmekapazität die Erwärmung beeinflussen. Das Thermometer dient als schematische Anzeige; der Zahlenwert bleibt das quantitative Ergebnis.
Lernziele
- Untersuchen Sie, wie sich die zugeführte Energie auf die Temperatur auswirkt, während die anderen Variablen konstant gehalten werden.
- Nutze das Diagramm und die Messwerte, um eine Vorhersage zu überprüfen.
- Erkläre die physikalischen Annahmen und wo dieses Modell nicht mehr gilt.
Anleitung
- 1Verwende 0,5 kg und 4200 J/(kg·K). Führe 21 kJ zu und prüfe, ob der Temperaturanstieg 10 K beträgt.
- 2Speichere die Kurve und verwende dann 2100 J/(kg·K). Vergleiche die Temperaturanstiege bei gleicher Energiezufuhr.
- 3Verdopple die Masse bei gleichbleibender spezifischer Wärmekapazität und Energiezufuhr. Sage den neuen Temperaturanstieg voraus.
- 4Ändere die Anfangstemperatur. Ändert sich die Steigung oder nur der Achsenabschnitt?
Das Modell
Annahmen
- Die spezifische Wärmekapazität ist konstant, die gesamte zugeführte Energie gelangt in die Probe und es gibt keinen Wärmeverlust.
- Dieses Modell beschreibt nur die Erwärmung ohne Phasenübergang. Hohe vorhergesagte Temperaturen berücksichtigen weder Sieden noch Schmelzen oder temperaturabhängige Stoffeigenschaften.
Im Unterricht ausprobieren
- Q1Warum ist ein Anstieg um 1 K genauso groß wie ein Anstieg um 1 °C?
- Q2Wie viel Energie ist nötig, um 2 kg eines Materials mit c = 900 J/(kg·K) um 15 K zu erwärmen?
Häufig gestellte Fragen
Siedet die Probe bei 100 °C?
Phasenübergänge werden nicht modelliert. Für Wasser nahe dem Siedepunkt verwende stattdessen das Experiment zu Zustandsänderungen; dieses Modell ist eine Extrapolation bei konstanter Wärmekapazität.
Was ist der Unterschied zwischen Wärmekapazität und spezifischer Wärmekapazität?
Die Wärmekapazität bezieht sich auf die gesamte Probe und wird in J/K angegeben. Die spezifische Wärmekapazität bezieht sich auf ein Kilogramm und wird in J/(kg·K) angegeben.