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"Wärme" bezeichnet die Wärmeenergie von Molekülen in einem Stoff. Wasser gefriert bei 0 Grad Celsius. Aber die Temperatur eines Eiswürfels kann weit darunter liegen. Wenn ein Eiswürfel aus dem Gefrierschrank genommen wird, steigt die Temperatur des Würfels, da er Wärme aus der Umgebung aufnimmt. Sobald der Eiswürfel 0 ° C erreicht, beginnt er zu schmelzen und seine Temperatur bleibt während des gesamten Schmelzprozesses bei 0 ° C, obwohl der Eiswürfel weiterhin Wärme aufnimmt. Dies liegt daran, dass die vom Eiswürfel aufgenommene Wärmeenergie von Wassermolekülen verbraucht wird, die sich beim Schmelzen voneinander trennen.
Die Wärmemenge, die ein Feststoff während seiner Schmelzphase absorbiert, ist als latente Schmelzwärme bekannt und wird über Kalorimetrie gemessen.
Datensammlung
Stellen Sie einen leeren Styroporbecher auf eine Waage und notieren Sie die Masse des leeren Bechers in Gramm. Füllen Sie dann die Tasse mit etwa 100 Milliliter oder etwa 3,5 Unzen destilliertem Wasser. Stellen Sie die gefüllte Tasse wieder auf die Waage und notieren Sie das Gewicht der Tasse und des Wassers zusammen.
Stellen Sie ein Thermometer in das Wasser in der Tasse, warten Sie etwa 5 Minuten, bis das Thermometer ein thermisches Gleichgewicht mit dem Wasser erreicht hat, und notieren Sie dann die Wassertemperatur als Anfangstemperatur.
Legen Sie zwei oder drei Eiswürfel auf ein Papiertuch, um flüssiges Wasser von den Würfeloberflächen zu entfernen, und geben Sie sie dann schnell in die Styroporbecher. Mit dem Thermometer die Mischung vorsichtig umrühren. Beobachten Sie die Temperaturanzeige auf dem Thermometer. Es sollte fast sofort abfallen. Rühren Sie weiter und notieren Sie die niedrigste Temperatur, die auf dem Thermometer angezeigt wird, bevor die Temperatur zu steigen beginnt. Notieren Sie diesen Wert als „Endtemperatur“.
Entfernen Sie das Thermometer und stellen Sie den Styroporbecher wieder auf die Waage. Notieren Sie die Masse des Bechers, des Wassers und des geschmolzenen Eises.
Berechnungen
Bestimmen Sie die Masse des Wassers im Becher, indem Sie die Masse des leeren Bechers vom Gewicht des Bechers und des Wassers abziehen, wie in Schritt 1 gesammelt. Zum Beispiel, wenn der leere Becher 3,1 Gramm wog und der Becher und das Wasser zusammen 106,5 wogen Gramm, dann betrug die Masse des Wassers 106,5 - 3,1 = 103,4 g.
Berechnen Sie die Temperaturänderung des Wassers, indem Sie die anfängliche Wassertemperatur von der endgültigen Wassertemperatur abziehen. Wenn also die Anfangstemperatur 24,5 ° C und die Endtemperatur 19,2 ° C betrug, dann ist deltaT = 19,2 - 24,5 = -5,3 ° C.
Berechnen Sie die dem Wasser entzogene Wärme q gemäß der Gleichung q = mc (deltaT), wobei m und deltaT die Masse- und Temperaturänderung des Wassers darstellen und c die spezifische Wärmekapazität des Wassers oder 4,184 Joule pro Gramm darstellt pro Grad Celsius oder 4,187 J / gC. Fortsetzung des Beispiels von Schritt 1 und 2, q = ms (DeltaT) = 103,4 g * 4,184 J / g-C * -5,3 C = -2293 J. Dies stellt die dem Wasser entzogene Wärme dar, daher das negative Vorzeichen. Nach den Gesetzen der Thermodynamik bedeutet dies, dass die Eiswürfel im Wasser +2293 J Wärme aufgenommen haben.
Bestimmen Sie die Masse der Eiswürfel, indem Sie die Masse des Bechers und des Wassers von der Masse des Bechers, des Wassers und der Eiswürfel zusammen abziehen. Wenn der Becher, das Wasser und das Eis zusammen 110,4 g wogen, betrug die Masse der Eiswürfel 110,4 g - 103,4 g = 7,0 g.
Ermitteln Sie die latente Schmelzwärme Lf nach Lf = q ÷ m, indem Sie die in Schritt 3 ermittelte vom Eis aufgenommene Wärme q durch die in Schritt 4 ermittelte Eismasse m dividieren , Lf = q / m = 2293 J ≤ 7,0 g = 328 J / g. Vergleichen Sie Ihr experimentelles Ergebnis mit dem akzeptierten Wert von 333,5 J / g.