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Seite 6 EMITEC (Gesellschaft für Emissionstechnologie mbH) Vollmer: KIS Köln
Kopiervorlage 51
Auswertung des Joghurtbecherversuches
Anhand der Meßdaten aus dem Joghurtbecherversuch können wir die Wärmekapazitäten von Eisen und Porzellan berechnen.
Die aufgenommene Wärmemenge ermitteln wir in diesem Versuch durch Zugabe einer abgewogenen Menge dieser Stoffe zu einer
genau definierten Menge Wasser, das wir vorher auf ca. 55 °C erwärmt haben. Die von den Stoffen aufgenommene Wärmemenge
leitet sich dann aus der Temperaturabnahme des Wassers ab.
Definition Wärmekapazität
Die Wärmekapazität (Formelzeichen C) eines Stoffes gibt
an, wieviel Energie (Wärmemenge) Q notwendig ist, um eine
Temperaturerhöhung ∆T des Stoffes um ein Kelvin (Formelzeichen
K) zu bewirken. C wird in J/K gemessen.
Q
C =
∆T
Auswertung
1. Ermittlung der Temperaturdifferenz aus den Meßpunkten
Übertrage die Meßwerte aus der Tabelle zunächst in ein x-y-
Diagramm (x-Achse: Zeit; y-Achse: Temperatur).
Lege durch die Meßwerte im Diagramm, die den Meßverlauf
vor und nach Zugabe des Materials beschreiben, jeweils eine
Gerade (siehe Beispielauswertung unten).
Die Temperaturabgabe an das zugegebene Material ist nach ca.
15 Sekunden bereits vollständig vollzogen. Den Temperatursprung
kannst du relativ genau ermitteln, indem du eine Senkrechte
durch den Zeitpunkt 3 Min. 15 Sek. legst, die die obere
und untere Meßgerade schneidet (siehe Beispielauswertung
unten).
Der Schnittpunkt mit der oberen Geraden liefert dir die Anfangstemperatur
des Wassers vor Zugabe des Stoffes (TW), und
der Schnittpunkt mit der unteren Geraden liefert die Mischtemperatur
nach Wärmeaufnahme durch den zugesetzten Stoff
(TM). Beispiel für eine graphische Auswertung der Daten aus dem
Joghurtbecherversuch
T W
T M
Temp. [°C]
55,0
50,0
45,0
40,0
35,0
0,0 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0
Zeit [Min.]
Die spezifische Wärmekapazität (Formelzeichen c) ist die
Energie, die notwendig ist, um genau ein kg des Stoffes um 1K
zu erwärmen. c wird in J/(K • kg) gemessen. m = Masse des
Stoffes in kg.
C Q
c = =
m ∆T • m
2. Berechnung der Wärmeabgabe an Eisen bzw. Porzellan
Berechne aus der Temperaturabname des Wassers die Wärmeabgabe
QW an Eisen bzw. Porzellan nach folgender Formel:
Q W = c W • m W • (T W - T M)
cW = 4,19 kJ/(kg • K) [ spezif. Wärmekapazität von Wasser]
mW = 0,150 kg [ Masse von 150 ml Wasser]
Für die Temperaturen T W und T M dürfen die Werte in °C
eingesetzt werden, weil bei Temperaturdifferenzen K durch °C
ersetzt werden darf.
3. Berechnung der spezifischen Wärmekapazitäten von
Eisen bzw. Porzellan
Mit den berechneten Wärmeabgaben QW von Wasser an Eisen
bzw. Porzellan kannst du mit folgender Formel die spezifischen
Wärmekapazitäten c von Eisen bzw. Porzellan ermitteln.
QW c =
(TM - TR) • mS m S = 0,25 kg [ Massen von Eisen und Porzellan]
T R (Raumtemperatur = Temp. der Stoffe zu Versuchsbeginn)
Aufgaben:
1. Berechne die spezifische Wärmekapazität von Eisen
und Porzellan.
2. Vergleiche deine Meßwerte für die Wärmekapazität von
Eisen und Porzellan mit den Literaturwerten [Porzellan:
1,1 kJ/(K • kg); Eisen: 0,45 kJ/(K • kg)] und nenne
mögliche Fehlerquellen beim „Joghurtbecherversuch“.
3. Diskutiere die Eignung von Eisen und Porzellan als
Trägermaterial in Autokatalysatoren anhand der ermittelten
Werte für die Wärmekapazitäten von Eisen und
Porzellan.