Kann mir jemand helfen (Physik)?
Warum ist es schmerzhafter „kochendes“ Wasser (v=100Grad) auf die Hand zu bekommen, als eine Lötperle (Zinn) mit v=250Grad. Das hat aufjedenfall etwas mit der Wärmekapazität zu tun, aber ich weiß nicht genau was...
- Die gleiche Menge ist gemeint
- Zinn= 0,23 kJ:kg•k
- wasser=4,19 kJ:kg•k
7 Antworten
Schau mal die Wärmekapazität nach.
Schau nach, was ist die Kühlungsleistung, die die Haut aufwenden muss, um den Tropfen auf Körpertemperatur zu bekommen.
Wenn Wasser mehr wehtun soll, dann: (100-37)*c_wasser > (250-37) * c_zinn.
Die Wärmekapazität von Wasser ist übrigens mehr als 10x so hoch wie die von Zinn. Also würde ich auch immer den Zinntropfen nehmen.
Kühlungsleistung: Wieviel Wärme-Energie muss (pro Zeit) in die Haut abgeleitet werden?
Find ich aber eigentlich ziemlich cool, Deine Rückfrage. Ich meine die Wärme-Energie, die in die Haut abgegeben wird. Und das ist eben nicht die Kühlungsleistung sondern die gesamte Kühlungs-Arbeit (also die Summe der Kühlungsleistung über die Zeit).
Die Formulierung, die Dein Lehrer will ist wahrscheinlich:
Ich nehme an, dass der Schmerz damit zusammenhängt, wieviel Wärme-Energie wird in die Haut abgegeben wird.
Die Luft ist fast egal, weil diese die Wärme viel schlechter leitet als der Körper.
Die spezifische Wärmekapazität von Lötziin ist etwa 5,5/100 der spezifischen Wärmekapazität von Wasser. Kann also bei gleicher Masse nur etwa 5% der Wärme von Wasser abgeben. Die höhere Temeratur bewirkt nur einen Faktor von 2,5. Das heiße Zinn kann also nur 13,75% der Wärme des Wassers abgeben.
Bei gleichem Volumen sieht die Sache etwas anders aus. Das Zinn hat dann etwa 7,5 mal soviel Masse. Die abgebbare Wärmemenge von Zinn und Wasser wären dann etwa gleich.
Das Zinn bildet aber einen Tropfen und kommt deshalb nur mit einer geringen Hautfläche in Kontakt. Das Wasser verteilt sich meistens auf der Haut. Die Kontaktfläche des Wassers ist meist viel größer als die Kontaktfläche des Lötzinns. Dadurch ist die Wärmeleitung des Lötzinns zur Haut geringer als die Wärmeleitung des Wassers zur Haut. Die Verbrennung des Lötzinns ist dadurch viel eingegrenzter als die des Wassers. Kleine Wunden sind weniger schmerzhaft als große Wunden.
Eine Frage der Menge, denn in dem heißen Material steckt ja die Wärmeenergie. Mit dem Lötzinn hat das nicht viel zu tun, sondern das ist wie ein Tropfen kochenden Wassers gegen den ganzen Kochtopf, den ich über Deiner Hand ausschütte. Jeder Tropfen darin hat eine gewisse Wärmeenergie, und bei größerer Menge bekommst Du mehr ab.
Der Tropfen Lötzinns ist vielleicht äquivalent zu 5 Tropfen kochenden Wassers, aber wenn ich eine ganze Tasse Wasser kochendes Wasser über Deiner Hand ausschütte, dann ist da mehr Energie drin als in 5 Tropfen.
Dann wird es wohl so sein, dass Wasser pro Gramm mehr Wärmeenergie speichern kann als Zinn.
Ich denke, dass bei der Lötperle die Feuchtigkeit auf deiner Hand verdampft und dann die Lötperle gleich abperlt.
Das macht das heiße Wasser nicht. Es hat mehr Zeit die Wärme abzugeben.
Genauso wichtig wie die in den anderen Antworten erwähnte Wärmekapazität ist der Wärme-Übergangskoeffizient, der bei Wasser sehr hoch ist.
Was ist die Kühlungsleiste?