Ähnlich wie beim Schmelzen von Eis, ist beim Verdampfen von Wasser trotz Energiezufuhr keine Temperaturerhöhung zu beobachten. Die zugeführte Energie wird zur Überführung des Wassers von ca. \({100^\circ {\rm{C}}}\) in Dampf von \({100^\circ {\rm{C}}}\) benötigt. Die auf die Masseneinheit bezogene Verdampfungsenergie wird als spezifische Verdampfungswärme \(r\) bezeichnet. In dem skizzierten Versuch wird \(r\) quantitativ bestimmt.
Aufbau und Durchführung
- Zunächst erwärmt man das im Kalorimetergefäß befindliche Wasser der Masse \(m\) (\(m = 550\,{\rm{g}}\)) mit dem Tauchsieder. Die Waage sei im Gleichgewicht. Aus dem \(t\)-\(\vartheta \)-Diagramm kann man die Wärmeleistung \(P\) des Tauchsieders bestimmen (vgl. Auswertung).
- Wenn das Wasser bei ca. \({100^\circ {\rm{C}}}\) zu sieden beginnt , ist die Waage nicht mehr ganz im Gleichgewicht, da schon etwas Wasser verdunstet bzw. verdampft ist. Mittels Tarierschrot wird wieder Gleichgewicht hergestellt.
- Nun legt man auf die rechte Waagschale eine Zusatzmasse \(\Delta m\) (\(\Delta m = 20\,{\rm{g}}\)). Die Waage neigt sich nach rechts. Bei gleichbleibender Einstellung des Tauchsieders verdampft man so lange Wasser, bis sich wieder Gleichgewicht an der Waage einstellt und misst die zugehörige Zeit \(\Delta {t_2}\).
- Aus der bekannten Wärmeleistung des Tauchsieders \(P\), aus der verdampften Wassermasse \(\Delta m\) und der Zeit \(\Delta {t_2}\) lässt sich die spezifische Verdampfungswärme \(r\) berechnen.
Beobachtung und Auswertung
Aufgabe
Wärmeleistung des Tauchsieders
Entnimm der Animation die \(t\)-\(\vartheta \)-Wertepaare und zeichne in das sich ergebende \(t\)-\(\vartheta \)-Diagramm eine Ausgleichsgerade. Ermittle aus der Geradensteigung, der Masse (\(m = 0,550{\rm{kg}}\)) des erwärmten Wassers und der spezifischen Wärmekapazität des Wassers die Wärmeleistung P des Tauchsieders.
Bestimmung der Verdampfungswärme
Bestimme aus der Wärmeleistung des Tauchsieders, der Zusatzmasse \(\Delta m = 20{\rm{g}}\) und weiteren Daten des Diagramms die spezfische Verdampfungswärme von Wasser.
Beachte: Um \(1{\rm{kg}}\) Eis von \({0^\circ {\rm{C}}}\) in \(1{\rm{kg}}\) Wasser von \({0^\circ {\rm{C}}}\) überzuführen, braucht man 335 kJ. Um \(1{\rm{kg}}\) Wasser von \({100^\circ {\rm{C}}}\) in \(1{\rm{kg}}\) Wasserdampf von \({100^\circ {\rm{C}}}\) überzuführen braucht man fast die siebenfache Energie, nämlich \(2258\rm{kJ}\).