Wie präzise lässt sich die Welt der Wärme wirklich vermessen? Dieser Frage widmet sich diese tiefgreifende Untersuchung der spezifischen Wärmekapazität verschiedenster Materialien. Von den theoretischen Grundlagen der Thermodynamik bis zur akribischen Durchführung von Experimenten, entführt diese Arbeit den Leser in die faszinierende Welt der Kalorimetrie. Entdecken Sie, wie präzise Messungen von Masse und Temperatur es ermöglichen, die Wärmeenergie zu bestimmen, die benötigt wird, um ein Gramm eines Stoffes um ein Kelvin zu erwärmen. Die detaillierte Analyse umfasst die Bestimmung der spezifischen Wärmekapazität von Blei, Kupfer, Aluminium und PVC, wobei die gewonnenen Messwerte sorgfältig mit etablierten Literaturangaben verglichen werden. Untersuchen Sie die Herausforderungen und potenziellen Fehlerquellen bei der Durchführung von Kalorimetrie-Experimenten, einschließlich des Wärmeaustauschs mit der Umgebung und der Bedeutung präziser Temperaturmessungen. Die Auswertung der Ergebnisse zeigt, wie die Wärmeleitfähigkeit der Proben und die Intervalle der Messungen die Genauigkeit beeinflussen. Erfahren Sie, warum Aluminium größere Abweichungen von den Literaturwerten aufweist und welche Schlussfolgerungen hinsichtlich der Reinheit des Materials gezogen werden können. Diese Arbeit bietet nicht nur eine umfassende Einführung in die Methodik der Kalorimetrie, sondern auch wertvolle Einblicke in die praktischen Aspekte der Wärmemessung und die Interpretation experimenteller Daten. Ein unverzichtbarer Leitfaden für Studierende, Wissenschaftler und alle, die sich für die Geheimnisse der Wärmeenergie interessieren, inklusive detaillierter Anleitungen zur Fehleranalyse und Ergebnisinterpretation, um die Genauigkeit zukünftiger Experimente zu optimieren, wobei die Temperatur-Zeit-Funktion eine Schlüsselrolle spielt, um die Wärmeübertragungsprozesse zu verstehen und zu analysieren.
Inhaltsverzeichnis:
1.Theoretische Grundlagen
2. Versuchsdurchführung
2.1 Bestimmung der Massen
2.4 Masse des Innenbechers
2.5. Bestimmen der spezifischen Wärmekapazität
2.6 Berechnung des vollständigen Messergebnisses
3. Auswertung des Versuches
3.1 Herleiten einer Gleichung
3.2.Temperatur Zeit Funktion
3.3.Erläuterung
3.4 Berechnung d. spezifischen Wärmekapazitäten von Blei und PVC
3.5 Messergebnisse
3.6 Vergleich der Messergebnisse mit Literaturangaben
3.7 Auswertung
1.Theoretische Grundlagen und Vorbetrachtungen
Formeln und Begriffe: Wärme, eine Energieform. Die Energie der ungeordneten Bewegung (Brownsche Bewegung) der kleinsten Teilchen (Atome) der Körper. Einen Körper erwärmen heißt, die Energie der ungeordneten Bewegung seiner Moleküle zu steigern.
Wärmekapazität, die Wärmemenge, die man einem Körper zuführen muß, um seine Temperatur auf einer bestimmten Temperaturstufe um 1K zu erhöhen. Die Wärmekapazität hängt also von der gerade herrschenden Temperatur ab. Sie ist das Produkt aus spezifischer Wärme und Masse des Körpers.
Spezifische Wärmekapazität, die Wärme, die nötig ist, um ein Gramm eines Stoffes um 1K zu er-wärmen. Wirkt bei der Erwärmung ein äußerer Druck auf den Körper so muß Arbeit geleistet werden, wenn sich der Körper ausdehnt. Dazu wird ein Teil der zugeführten Wärme verbraucht. Man muß also bei Volumenvergrößerung mehr Wärme zuführen, um eine bestimmte Temperaturerhöhung zu er-reichen.
Werden zwei Körper mit unterschiedlichen Temperaturen in Berührung gebracht, erfolgt ein Wärme- austausch, dabei gibt der Körper mit der höheren Temperatur so viel Wärme ab, wie der Körper tieferer Temperatur aufnimmt. Bei der Anwendung von Mischungsregeln ist zu beachten, daß alle an der Mischung beteitigten Körper, einschließlich Gefäßen wie z.B. Kalorimeter, berücksichtigt werden. Trotz Wärmeisolation existiert immer ein Wärmestrom in das Kalorimeter hinein beziehungsweise aus ihm heraus. Die störenden Wärmemengen müssen betragsmäßig gleich groß werden, um den Fehler gering zu halten. Dies wird erreicht durch kaltes Wasser und messen des Wärmestroms in das Kalorimeter (Vorperiode)
2. Versuchsdurchführung
2.1 Bestimmen der Massen
Blei 453,3 g
Kupfer 359,2 g
Aluminium 114,4 g PVC 56,5 g
2.4 Masse des Innenbechers
Die Masse des Innenbechers des Kalorimeters beträgt 139,0 g
2.5. Bestimmen der spezifischen Wärmekapazität
Umgebungsdruck bei Versuchsdurchführung p0 = 101,3 Kpa = 1013,3 mbar Temperatur des Siedenden Wassers Ts = 99,4_ C
Umgebungstemperatur / Zimmertemperatur Tz = 21,5_ C
2.6 Berechnung des vollständigen Meßergebnisses
Geschätzte Fehlergrenzen: Masse der Proben 0,05g
Masse des Kalorimeterwassers 1,00 ml _ 1,0g
[Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten] Aluminium Probe C = 0,773 _ 0,083
[Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten] Kupfer Probe C = 0,389 _ 0,03
Zeit Kupfer Aluminium Blei PVC
t Masse = 359,0 Masse = 114,0 Masse = 359,0 Masse = 56,5 in min g g g g
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
3. Auswertung des Versuches
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
3.1 Herleiten einer Gleichung
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
3.2.Temperatur Zeit Funktion
siehe letzte Seite
3.3.Erläuterung
Relativ ungenaue Kurven ergeben sich bei den Kupfer - und Aluminium - Proben, da diese ihre gespeicherte Energie sehr schnell an das sie umgebene Wasser abgegeben haben (hohe Wärmeleitfähigkeit der Proben). Die gespeicherte Wärme der Proben ist bei Kupfer am größten. Die Zeitintervalle sind unserer Meinung nach nicht ganz ausreichend für diese Proben. Bei der PVC - Probe ist eine gute Veranschaulichung der Wärmeleit-fähigkeit zu sehen.
3.4 Berechnung der spezifischen Wärmekapazitäten von Blei und PVC
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Bestimmung der spezifischen
Wärmekapazität des Kalorimeters
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
3.5 Messergebnisse
siehe Punkt 2.6
3.6 Vergleich der Meßergebnisse mit Literaturangaben
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
- Tabellenbuch Elektrotechnik Westermann
- Die Kunststoffe und ihre Eigenschaften
Die gemessen spezifischen Wärmekapazitäten sind relativ genau gegenüber den Angaben in der Fachliteratur *. Einzig Aluminium zeigt größere Abweichungen von den Angaben der Literatur, dies könnte daran liegen, daß es sich nicht um 100% iges Aluminum handelt. Beim Meßergebnis von PVC zeigt sich, wie wichtig Zwischenwerte bei der Temperaturerfassung sind um ein genaues Ergebnis berechnen zu können.
3.7 Auswertung
Häufig gestellte Fragen
Was sind die theoretischen Grundlagen des Versuchs?
Die theoretischen Grundlagen umfassen die Definition von Wärme als Energieform, die Energie der Brownschen Bewegung der Atome eines Körpers. Das Erwärmen eines Körpers bedeutet, die Energie der ungeordneten Bewegung seiner Moleküle zu steigern. Außerdem werden Wärmekapazität (die Wärmemenge, die zur Erhöhung der Temperatur um 1K benötigt wird) und spezifische Wärmekapazität (die Wärme, die zur Erwärmung von 1g eines Stoffes um 1K benötigt wird) definiert.
Wie wurde der Versuch durchgeführt?
Der Versuch beinhaltet die Bestimmung der Massen verschiedener Materialien (Blei, Kupfer, Aluminium, PVC), die Masse des Innenbechers eines Kalorimeters und die Bestimmung der spezifischen Wärmekapazität unter Berücksichtigung von Umgebungsdruck und Temperatur des siedenden Wassers sowie der Zimmertemperatur.
Welche Massen wurden im Versuch verwendet?
Folgende Massen wurden verwendet: Blei 453,3 g, Kupfer 359,2 g, Aluminium 114,4 g, PVC 56,5 g. Die Masse des Innenbechers des Kalorimeters betrug 139,0 g.
Wie wurden die Messergebnisse ausgewertet?
Die Auswertung beinhaltet die Herleitung einer Gleichung, die Analyse der Temperatur-Zeit-Funktion und eine Erläuterung der beobachteten Kurven. Außerdem erfolgt eine Berechnung der spezifischen Wärmekapazitäten von Blei und PVC sowie ein Vergleich der Messergebnisse mit Literaturangaben.
Welche Fehlergrenzen wurden geschätzt?
Die geschätzten Fehlergrenzen betragen: Masse der Proben 0,05g, Masse des Kalorimeterwassers 1,00 ml (entspricht ca. 1,0g).
Was wurde über die Temperatur-Zeit-Funktion festgestellt?
Ungenauere Kurven ergaben sich bei den Kupfer- und Aluminiumproben aufgrund der schnellen Wärmeabgabe an das Wasser. Die PVC-Probe zeigte eine gute Veranschaulichung der Wärmeleitfähigkeit.
Wie genau sind die Messergebnisse im Vergleich zur Fachliteratur?
Die gemessenen spezifischen Wärmekapazitäten sind relativ genau im Vergleich zu den Angaben in der Fachliteratur. Aluminium zeigt größere Abweichungen, möglicherweise aufgrund von Verunreinigungen. Die Ergebnisse für PVC verdeutlichen die Bedeutung von Zwischenwerten bei der Temperaturerfassung für ein genaues Ergebnis.
Welche Faktoren sind wichtig für eine genaue Bestimmung der spezifischen Wärmekapazität?
Für eine genaue Bestimmung der spezifischen Wärmekapazität (cPr) ist es wichtig, TKW (Kalorimeterwassertemperatur) und Tm (Mitteltemperatur) genau zu ermitteln, da diese Werte den größten Fehler in der Berechnung verursachen.
- Arbeit zitieren
- Jörg Heerde (Autor:in), 2000, Bestimmung der spezifischen Wärmekapazität fester Körper, München, GRIN Verlag, https://www.hausarbeiten.de/document/98102
