Bestimmung der Verdampfungswärme von Wasser

 Daniel Diers

Inhaltsverzeichnis:

1. Versuchsaufbau und Versuchsbeschreibung

2. Grundlagen
2.2 Siedetemperatur und Verdampfungswärme
2.3 Boltzmann – Faktor
2.4 Maxwell-Boltzmannverteilung

3. Berechnung
3.1 Tabelle der Messwerte
3.2 Dampfdruckkurve des Wassers
3.3 Diagramm ln(p) über T/1
3.4 Fehlerbetrachtungen

4. Fehlerdiskussion

Bestimmung der Verdampfungswärme von Wasser:

Aufgabenstellung:

Die Verdampfungswärme von Wasser soll durch die Messung des Druckes und der Siedetemperatur des Wassers in einem geschlossenen Behälter (Dampfdrucktopf, Papinscher Topf) bei Drücken oberhalb des Umgebungsdruckes bestimmt werden.

1. Versuchsaufbau und Versuchsbeschreibung

Abb. 1: Papinscher Topf
[Abb. 1 in Downloaddatei enthalten]

Zu Beginn des Versuches zur Bestimmung der Verdampfungswärme von Wasser wird der drucksichere Topf (Papinscher Topf; s.Abb.1) mit ca. 2 Liter Wasser gefüllt und fest verschlossen. Die richtige Verriegelung erfolgt über den orangenen Knopf am Deckel des Topfes. Der Dampfhahn bleibt zunächst geöffnet, damit zu erkennen ist, wann das Wasser zu kochen beginnt. Es wird nun die „Herdplatte“ unter dem Topf erhitzt, bis das eingefüllte Wasser siedet. Darauf wird der Umgebungsdruck am dafür vorgesehen Messinstrument im Labor in Millimeter Quecksilbersäule (mm HgS) abgelesen. Der entsprechend zugehörige Wert ist die angezeigte Siedetemperatur am Thermometer. Nach einiger Zeit ist die komplette Luft aus dem Papinschen Topf verdrängt und das Wasser siedet. Ist dies der Fall, wird der Dampfhahn geschlossen, so dass sich der Wasser- dampf im Behälter und sammelt die Temperatur ansteigt. Nun werden die Drücke im Gefäß in Temperaturintervallen von 5 K abgelesen. Dies geschieht am Manometer, welches aber nur den Überdruck anzeigt. Diese Wertepaare werden in einer dafür vorgesehenen Wertetabelle eingetragen. Sobald das Überdruckventil anfängt zu pfeifen, ist der Höchstdruck und die entsprechende Temperatur erreicht. Nun wird der Topf zum Fenster getragen und der Dampfhahn wird geöffnet. Die geschieht nicht in Richtung von Personen. (s. Abb. 2). Ist der Dampf abgelassen, ist der Druckausgleich vollzogen und der Behälter kann entleert werden.

Abb. 2: Druckausgleich des Papinschen Topfes
[Abb. 2 in Downloaddatei enthalten]

2. Grundlagen:

Siedetemperatur und Verdampfungswärme:

„Der Sättingungsdruck eines Stoffes ist ein wichtiges Merkmal für seine Phasenübergänge, so z.B. für den vom flüssigen zum gasförmigen Zustand. Ist der Sättigungsdampfdruck gleich dem in der Flüssigkeit herrschenden statischen Druck, der sich aus dem auf der Flüssigkeit lastenden (z.B. Luft-) Druck und dem Schweredruck zusammensetzt, so findet der Übergang flüssig – dampfförmig nicht nur an der Oberfläche statt, sondern überall in der Flüssigkeit: Die Flüssigkeit siedet. Daher ist die Siedetemperatur druckabhängig.

Eine Flüssigkeit siedet, wenn der Gesamtdruck in ihr gleich ihrem Sättigungsdampfdruck für die betreffende Temperatur ist. Bei dem äußeren Druck 1,01 bar und vernachlässigbaren sonstigen Drücken ergibt sich so die normale Siedetemperatur oder der Siedepunkt.

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