Bestimmung der spezifischen Wärmekapazität fester Körper

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 p 0 = 101,3 Kpa = 1013,3 mbar Temperatur des Siedenden Wassers T s = 99,4_ C Umgebungstemperatur / Zimmertemperatur T z = 21,5_ C 2.6 Berechnung des vollständigen Meßergebnisses Geschätzte Fehlergrenzen: Masse der Proben 0,05 g

Kupfer Aluminium Blei PVC Zeit

4,0 30,6 27,4 23,3 19,8

3. Auswertung des Versuches 3.1 Herleiten einer Gleichung

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

Bestimmung der spezifischen

Wärmekapazität des Kalorimeters

3.5 Messergebnisse

siehe Punkt 2.6

3.6 Vergleich der Meßergebnisse mit Literaturangaben

Aluminium C = 0,773 _ 0,083 gemessen Fachliteratur ^* C= 0,899

Kupfer C = 0,389 _ 0,03 gemessen Fachliteratur ^* C = 0,390

Blei C = 0,122 gemessen Fachliteratur ^* C = 0,130

PVC C = 0,93 gemessen Fachliteratur ^** C = 0,85 - 0,90

^* 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