Uebungsblätter C. Jünemann WS0708

Übungsblatt 10
Physik (EI)
Aufgabe 1
Im Physik Praktikum an der Fakultät 06 kann man folgenden Versuch machen: In einem
Schmelztiegel wird bei einer konstanten Heizleistung von 10,7 W ein Metall (fester
Zustand bei Zimmertemperatur) erhitzt. Der Temperaturverlauf im Metall wird in kurzen
Zeitabständen gemessen und in ein Diagramm eingetragen.
Die in der Messkurve eingetragenen
Temperaturen und Zeiten sind:
T 0 = 22,8 o C
T 1 = 81,3 o C
t 0 = 0s
t 1 = 650s
t 2 = 2200s
Weitere Daten des Versuche sind:
Masse des Metalls: 187g
Masse des Tiegels: 49g
Spez. Wärmekapazität des
Tiegelmaterials: 0,48 J/(g K)
Leistung der Heizung: 10,7W
a) Erklären Sie qualitativ den Verlauf der Messkurve.
b) Berechnen Sie die spezifische Wärmekapazität des Metalls im festen Zustand unter
der Annahme, dass der Versuch perfekt isoliert ist, d.h. dass die gesamte
Heizleistung zur Erwärmung von Metall und Tiegel verwendet wird. Beachten Sie,
dass sich beim Heizvorgang sowohl Metall als auch Schmelztiegel erwärmen.
c) Berechnen Sie die spezifische Schmelzwärme des Metalls, wiederum unter der
Annahme, dass der Versuch perfekt isoliert ist.
d) Berechnen Sie noch einmal die spezifische Schmelzwärme des Metalls, diesmal
unter Berücksichtigung des Wärmeverlustes durch die Isolierung des
Schmelztiegels. Die Isolierung hat einen Wärmewiderstand von R = 20,1 K/W und
die Umgebungstemperatur, bei der der Versuch stattfindet, ist T 0 = 22,8 o C.
Aufgabe 2
Das eine Ende eines Eisenstabes (Wärmeleitfähigkeit λ = 0.6 W/(K . cm)) mit der Länge L =
20 cm und der Querschnittsfläche A = 3 cm 2 befindet sich auf konstanter Temperatur T =
300 °C, während das andere Ende in schmelzendes Eis (Schmelzwärme q = 334 kJ/kg)
getaucht ist. Berechnen Sie unter der Voraussetzung, dass keine Wärme an die
Umgebung abgegeben wird, die Eismenge, die in 10 Minuten geschmolzen wird.
Aufgabe 3
Eine geschwärzte, massive Kupferkugel (Radius r = 4cm, spezifische Wärmekapazität c =
0,386 kJ/(kg K), Dichte ρ = 8,93 g/cm 3 , Emissionsgrad ε = 0.75) hängt in einem
evakuierten Gefäß, dessen Wände eine Temperatur von 20 o C haben. Die Kugel hat eine
Anfangstemperatur von 0 o C. Berechnen Sie unter der Annahme, dass Wärme nur durch
Strahlung übertragen wird, die Temperaturänderung dT/dt der Kugel.
K. Jünemann, Fachhochschule München, FK06, WS 07/08