EMITEC EMITEC - Portal Schule Wirtschaft
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Vollmer: KIS Köln <strong>EMITEC</strong> ( Gesellschaft für Emissionstechnologie mbH) Seite 9<br />
Kopiervorlage 4+5<br />
Ermittlung der spezifischen Wärmekapazität von Eisen und Porzellan<br />
(Auswertung des Joghurtbecherversuches).<br />
Die in der Tabelle dargestellten Ergebnisse sind von den Autorinnen<br />
nach Durchführung der Versuche gemäß Versuchsanleitung<br />
auf KV4 an der Universität Düsseldorf ermittelt worden.<br />
Zugabe<br />
Eisen oder<br />
Porzellan<br />
Aus den Meßpunkten ergibt sich folgende Berechnung:<br />
Für Porzellan:<br />
TR = 21,0 °C (Raumtemperatur)<br />
aus Diagramm ermittelt: TW = 49,0 °C<br />
TM = 41,4 °C<br />
1. Q W = C W � m W � (T W -T M )<br />
= 4,19 kJ/kgK� 0,150 kg � 7,6 K = 4,78 kJ<br />
2. c Porzellan =<br />
= 0,94 kJ / kgK<br />
Exp. ermittelte spez. Wärmekapazität von Porzellan: 0,94 kJ/kgK<br />
Literatur: 1,1 kJ/kgK (dtv-Atlas zur Physik, Bd. 1, 1987)<br />
Für Eisen:<br />
TR = 20,0 °C (Raumtemperatur)<br />
aus Diagramm ermittelt: TW = 50,1 °C<br />
TM = 45,2 °C<br />
1. Q W = C W � m W � (T W -T M )<br />
= 4,19 kJ/kgK� 0,150 kg � 4,9 K = 3,08 kJ<br />
2. c Porzellan =<br />
Q W<br />
m Porzellan � (T M -T R )<br />
Q W<br />
m Porzellan � (T M -T R )<br />
= 0,49 kJ / kgK<br />
Zeit<br />
[ Min.<br />
]<br />
Temp.<br />
[ ° C]<br />
Eisen<br />
Temp.<br />
[ ° C]<br />
Porzel<br />
l an<br />
0 53, 8 52,<br />
3<br />
0, 5 53, 2 51,<br />
9<br />
1, 0 52, 7 51,<br />
3<br />
1, 5 52, 0 50,<br />
7<br />
2, 0 51, 4 50,<br />
2<br />
2, 5 50, 8 49,<br />
8<br />
3, 0 50, 4 49,<br />
2<br />
3, 5 45, 2 40,<br />
9<br />
4, 0 44, 4 41,<br />
3<br />
4, 5 43, 9 41,<br />
1<br />
5, 0 43, 5 40,<br />
9<br />
5, 5 43, 4 40,<br />
7<br />
6, 0 43, 2 40,<br />
5<br />
3,08 kJ<br />
0,25 Kg � (45,2 - 20,0)<br />
Exp. ermittelte spez. Wärmekapazität von Porzellan: 0,49 kJ/kgK<br />
Literatur: 0,45 kJ/kgK (Schülerduden „Die Physik“, Dudenverlag, 1974)<br />
=<br />
=<br />
4,78 kJ<br />
0,25 Kg � (41,4 - 21,0)<br />
Hintergrundinformationen<br />
Kopiervorlage 1<br />
Kopiervorlage 4+5<br />
Die Schüler lernen, daß der überwiegende Teil der Schadstoffe in<br />
der Startphase des Fahrzeuges emittiert wird. Ursache hierfür ist<br />
die Tatsache, daß die Betriebstemperatur des Katalysators erst<br />
einige Minuten nach dem Start des Fahrzeuges erreicht wird.<br />
Zu den Aufgaben<br />
Aufgabe 1<br />
In der Phase I ist der Abgaskatalysator nahezu wirkungslos. Etwa<br />
eine Minute nach dem Start setzt die Wirkung des Katalysators<br />
mit zunehmender Erwärmung ein. In betriebswarmem Zustand ist<br />
die Wirkung am größten.<br />
Aufgabe 2<br />
Für die motornahe Anordnung der Abgasanlage zeigen sich bessere<br />
Emissionswerte, weil der Katalysator die erforderliche<br />
Betriebstemperatur schneller erreicht. Sobald der betriebswarme<br />
Zustand erreicht ist, weisen beide Anordnungen (motornah und<br />
motorfern) vergleichbare Emissionswerte auf.<br />
Aufgabe 3<br />
Die Schüler sollten leicht auf die Idee kommen, daß ein vor dem<br />
Start aufgeheizter Katalysator die besten Ergebnisse aufweisen<br />
würde. Ein solcher elektrisch aufheizbarer Katalysator ist bei<br />
Emitec bereits vor längerer Zeit entwickelt worden und wird in<br />
verschiedenen Fahrzeugen bereits eingesetzt.<br />
Aufgabe 4<br />
Elektrofahrzeuge sind i.d.R. nicht besonders umweltfreundlich,<br />
weil die benötigte Stromenergie letztendlich aus der Verbrennung<br />
fossiler Brennstoffe (Kohlekraftwerke) oder aus Atomkraftwerken<br />
stammt.<br />
Hintergrundinformationen<br />
Dreiwegekatalysator<br />
Der ständig zunehmende Verkehr in den hochindustrialisierten<br />
Ländern, aber auch mehr und mehr in den Entwicklungs- und<br />
Schwellenländern, hat Maßnahmen für eine Schadstoffreduzierung<br />
in den Autoabgasen unumgänglich gemacht. In den USA und in<br />
Japan wurden schon in den 70er Jahren Katalysatoren verbindlich<br />
vorgeschrieben. Im Jahre 1990 waren in der Bundesrepublik<br />
Deutschland von ca. 30 Millionen Pkws erst 4,5 Millionen mit<br />
einem Katalysator ausgerüstet.<br />
Mit dem geregelten Dreiwegekatalysator können in den Abgasen<br />
die Schadstoffe Kohlenwasserstoffe, Kohlenstoffmonoxid und<br />
nitrose Gase zu Kohlenstoffdioxid, Wasserdampf und elementarem<br />
Stickstoff umgewandelt werden. Der Name Dreiwegekatalysator<br />
bezieht sich auf die Umwandlung dieser drei Hauptschadstoffe.<br />
Der Katalysator besteht aus einem keramischen oder metallischen<br />
Wabenkörper, dessen Oberfläche mit den Edelmetallen Platin,<br />
Palladium und Rhodium belegt ist. Damit wird eine simultane<br />
Umsetzung der Schadstoffe (Oxidation von Kohlenstoffmonoxid<br />
sowie der Kohlenwasserstoffe und Reduktion der nitrosen Gase)<br />
erreicht.<br />
Inwieweit die Funktionstüchtigkeit des Katalysators über eine<br />
Betriebsstrecke von 80.000 Kilometern erhalten bleibt, hängt im<br />
wesentlichen davon ab, ob der Katalysator starken Erschütterungen<br />
oder thermischen Überlastungen (Fehlzündungen) ausgesetzt<br />
wird. Hierdurch wird seine Effektivität herabgesetzt.<br />
Die Regelung erfolgt über die Lambda-Sonde, die den Sauerstoffgehalt<br />
im Abgas vor dem Katalysator mißt. Sie arbeitet wie ein<br />
Konzentrationselement. Sie mißt die Potentialdifferenz, die sich<br />
durch den Konzentrationsunterschied des Sauerstoffs im Abgas<br />
und in der Luft an den Elektroden einstellt. Dadurch kann eine