Versuch
Info
Bestimmung der spezifischen Verdampfungswärme von Wasser unter der Voraussetzung, dass die spezifische Wärmekapazität von flüssigem Wasser schon bekannt ist. Letztere wird bei diesem Versuch benötigt, um den Energiestrom von der Heizplatte in das Wasser zu ermitteln.
Vorbereitungsdauer: 1.0 TageDurchführungsdauer: 30 Minuten
Beschreibung
Durchführung: Eine definierte Wassermenge wird unter Rühren in einem Becherglas erhitzt. Während des Erhitzens (von Zimmer- auf Siedetemperatur) verdampftes Wasser kondensiert am Uhrglas und tropft ins Becherglas zurück. Die Wassertemperatur wird mit einem Thermoelement gemessen und mittels computerunterstützter Messwerterfassung (Pasco Capstone) als T(t) aufgezeichnet. Beginnt das Wasser zu sieden, bleibt die Temperatur konstant. Das Uhrglas wird abgenommen und Wasser verdampft. Evtl. wird die Wassermenge zu diesem Zeitpunkt durch eine Zwischenwägung noch einmal bestimmt. Die verdampfte Wassermenge kann als Differenz der am Ende bestimmten Masse und der zu Beginn bestimmten Masse berechnet werden. Das Versuchsergebnis wird hinreichend genau, wenn die Siededauer mind. 20 Minuten beträgt.
Beispielhafte Messung und Berechnung im Juni 2019:
Geräte ohne Wasser: 389 g
Geräte mit dest. Wasser vor dem Erwärmen: 711 g
Geräte mit dest. Wasser bei Siedebeginn: 707 g
Geräte mit dest. Wasser nach dem Sieden: 634 g
⇒ erwärmte Wassermenge: 320 g
und verdampfte Wassermenge: 73 g
Aus der Siedekurve abgelesen:
In 450 s wurden 320 g Wasser um 55 K (von 42,5°C auf 97,5°C) erhitzt.
Die dafür benötigte Energiemenge beträgt 4,2 kJ/kgK * 0,32 kg * 55 K = 73,9 kJ
Der Energiestrom von der Heizplatte in das Wasser beträgt 73,9 kJ / 450 s = 164 J/s.
Zum Verdampfen von 73 g Wasser wurden 1039 s benötigt. In dieser Zeit hat die Heizplatte 170,6 kJ abgegeben.
⇒ 170,6 kJ / 0,073 kg = 2337 kJ/kg
Zusätzliche Informationen zur Frage, ob man den Versuch mit Eiswasser beginnen kann, um (zusätzlich zum obigen Versuch) auch noch auf die Schmelzwärme hinweisen zu können: Damit die Wassertemperatur solange bei 0°C bleibt, bis alle Eiswürfel geschmolzen sind, darf der zugeführte Wärmestrom nicht größer sein, als die Eiswürfel die Wärme aufnehmen können. Das ist unter Rühren bei Zimmertemperatur der Fall, nicht aber auf der Heizplatte.
Hinweis zum Aufbau:
Ein großes Uhrglas befindet sich in DF4.