Spezifische Wärme von Eis berechnen - so geht's

So berechnen Sie die spezifische Schmelz-Wärme von gefrorenem Wasser

• Stoffe treten in drei verschiedenen Zuständen, fest, flüssig und gasförmig, auf, die Sie Aggregatzustände nennen.
• Die Umwandlung von einem Aggregatzustand zum anderen erfolgt bei einer bestimmten Temperatur. Sie nennen die Temperatur Schmelzpunkt bei der Umwandlung vom festen in den flüssigen Zustand und Siedepunkt bei der Umwandlung vom flüssigen in den gasförmigen Zustand.
• Beachten Sie, dass in umgekehrter Richtung die Umwandlung bei genau derselben Temperatur erfolgt, sodass der Kondensationspunkt, bei dem Dampf flüssig wird, mit dem Siedepunkt und der Erstarrungspunkt, bei dem eine Flüssigkeit sich verfestigt, mit dem Schmelzpunkt übereinstimmt.
• Lösen Sie einen Eiswürfel durch Wärmezufuhr auf, steigt die Temperatur des Eises zunächst auf 0 °C und bleibt so lange gleich, bis das Eis geschmolzen ist. Merken Sie sich, dass die zugeführte Wärme nur das Eis in Wasser auflöst, nicht aber die Temperatur verändert.
• Berücksichtigen Sie nun die je Minute zugeführte Wärmemenge Q in kJ, die zum Schmelzen des Eises erforderlich ist, ist es möglich, die spezifische Schmelz-Wärme von Eis mithilfe einer Formel zu berechnen. Sie lautet q = Q/m, wobei Sie bei m von einem Kilogramm Eis ausgehen. Somit erhalten Sie q = 333 kJ/kg.


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Die physikalische Kapazität von Eis bei Mischungsversuchen nutzen

• Es ist für Sie möglich, nicht nur die spezifische Schmelz-Wärme zu berechnen, sondern auch innerhalb von Mischungsversuchen die Wärme-Kapazität von Eis. Die Mischungsgleichung lautet hierbei m₁ * c_1 ^* (T₁ - T_m) = (m₂ * c₂ + C) ^_* (T_m - T₂).
• Beachten Sie, dass bei der Gleichung m₁ und m₂ die Menge der beiden zu mischenden Substanzen, c₁ und c₂ die Wärmekapazitäten und T₁ und T₂ die Anfangstemperaturen der Substanzen sind sowie T_m die Mischungstemperatur angibt.
• Aus der Mischungsgleichung erkennen Sie, dass nach der Mischungsregel die abgegebene Wärmemenge gleich der aufgenommenen Wärmemenge ist.
• Beachten Sie bei Mischungsversuchen von beispielsweise Eis mit Wasser, dass kleine Wärmemengen an die Umgebung abgegeben oder von ihr aufgenommen werden. Sie nennen diese Wärmemengen Wärmekapazität C.
• Lösen Sie die Gleichung nach der Wärme-Kapazität c für Eis auf, erhalten Sie den Wert 2,1 J/Kg.