Frage von Rinachen92, 34

Physik - Wärmelehre Aufgabe?

Aus 1 kg Schnee von 0 °C will eine Person auf einer Kochplatte Teewasser von 80 °C bereiten. Sie passt nicht auf und lässt das Wasser vollständig verdampfen.

a) Schildern Sie das Ausdehnungsverhalten und Temperaturverhalten bei den einzelnen Vorgängen (Schmelzen, Erwärmen, Verdampfen).

Irgendwie scheine ich auf den Kopf gefallen zu sein, aber in meinem Heft finde ich dazu nicht wirklich eine Antwort. Normalerweise schmilzt Schnee bei Temperaturen >0°C bzw. sublimitiert es. Das Wasser hat demnach eine erhöhte Temperatur und auch ein größeres Volumen im Wasser als der vorherige Schnee...Und Verdampfen tut das Wasser ab 99,97°C und geht somit in den gasförmigen Zustand über. Kann ich das so irgendwie schreiben, oder möchten die bei dieser Aufgabenstellung etwas anderes lesen?!

b) Berechnen Sie die einzelnen erforderlichen Wärmemengen sowie die gesamte vergeudete Wärmeenergie.

Hier habe ich gerechnet:

Q1 = s * m = 335 J/g * 1000g = 335.000 J

Q2 = c * m * Delta l = 4,2 J/g*K * 1000g * 80K = 420.000J

Q1 + Q2 = 671.000K = 671kJ

Liege ich hier richtig, oder völlig daneben?

Um ein paar Antworten evtl. auch Verweise auf Internetseiten wo das ganze nochmal genauer erklärt wird, wäre ich dankbar.

Hilfreichste Antwort - ausgezeichnet vom Fragesteller
von Spezialwidde, 24

Soweit hast du richtig gerechnet. Was du ausgerechnet hast ist genau die Energie die nötig gewesen wäre um das Ziel der Person zu erreichen. Dann hätte dein Teewasser 80°C. Jetzt kommen noch dazu: Die Wärmemenge um von 80 auf 100°C zu kommen plus die Menge um das Kilo Wasser zu verdampfen.

Kommentar von Rinachen92 ,

Um auf 100°C zu kommen, berechne ich doch nach der Formel von oben genauso. Da hätte ich dann 755kJ raus um auf 100°C zu kommen. Das nennt man dann Wärmemenge, oder was?

Und um das Wasser zu verdampfen - puh, da finde ich in meinem Heft gar keine Formel dazu bzw. kein Beispiel, wenn ich ehrlich sein soll. Evtl. könntest Du mir eine Formel zukommen lassen, dann berechne ich dies.

Dann wäre da noch die Aufgabe c)

Wie lange dauert der gesamte Vorgang, wenn die Kochplatte
2000 W elektrische Leistung abgibt (ohne Wärmeverluste)?

**Mein Weg war es dann:**

2000J/1s : 671.000J = 335,5sekunden

Wenn ich das Ergebnis von den 100°C nehme komme ich auf: 377,5sekunden

Wäre das auch so richtig?!

Kommentar von Spezialwidde ,

Genau, auf 100 °C kommst du indem du eben 20K einsetzt (20° Unterschied). Die Verdampfungswärme krigst du raus indem du deine erste Formel hernimmst und statt der spezifischen Schmelzwärme eben die Verdampfungswärme einsetzt (die Zahl hab ich nicht im Kopf aer bewegt sich so um 2000 J/g, müsstest du aber im Physikbuch finden). Dein rechenweg ist richtig, ob die Zahlen jetzt stimmen kann ich nicht prüfen. Musst halt die zusätzliche Wärmemenge nuch draufschlagen.

Kommentar von Rinachen92 ,

Wenn ich 20K einsetze komme ich demnach auf 84.000J .
Wenn ich von Anfang an 100K einsetze komme ich auf 420.000J.

Also wäre 20K einsetzen der richtige Weg und nicht direkt 100K einsetzen?

Und bei der Verdampfungswäre komme ich auf:

2258 J/g * 1000g = 2.258.000J
Wären demnach dann 2258kJ an Verdampfungswäre

Und was meinst Du genau, mit "zusätzliche Wärmemengen draufschlagen"?! Sorry, falls es "blöd" rüberkommt, aber mache nach 7 Jahren zum 1. Mal wieder Physik ... Muss mich da erstmal reinfinden wieder.

Kommentar von Spezialwidde ,

Ich weiß gar nicht was du hast, ist doch alles richtig soweit :-D Wenn du für die Erwärmung eben 80K einsetzt kommst du auf das was die unvorsichtige Person ja wollte. Kommen wir zur realität kannst du natürlich auch deienn Schee schmelzen, dann dei 100K einsetztn um auf 100 °C zu kommen und dann die Verdampfungswärme, dei du ja auch richtig berechnet hast, diese 3 Wärmemengen addieren und du hast die Gesamtwärmemenge. Die musst du dann mit deinen 2000 Watt Herdleistung verrechnen statt nur der Wärmemenge um auf 80 °C zu kommen, das meinte ich mit dem Aufschlag.

Kommentar von Rinachen92 ,

Ach so, jetzt ist der Groschen gefallen ;) *hehe*

Vielen Dank dafür.

Antwort
von Myrine, 18

a) Während des Schmelzprozesses bleibt die Temperatur des Schnee-Wasser-Gemisches konstant bei 0°C. Dann erwärmt sich das flüssige Wasser bis 100°C und bleibt wieder konstant bei dieser Temperatur, bist das gesamte Wasser verdampft ist.
Da Eis eine geringere Dichte hat als flüssiges Wasser, nimmt das Volumen beim Schmelzen ab. Dann veringert sich das Volumen weiter, bis bei 3,98°C die höchste Dichte und damit das geringste Volumen erreicht ist. Danach vergrößert sich das Volumen wieder.

b)
Es sollte zwar Teewasser auff 80°C erwärmt werden, aber das ist doch nicht passiert, das Wasser ist stattdessen verdampft. Dementsprechend beträgt die Temperaturdifferenz 100K und es fehlt noch die Verdamfungsenergie.

Qschmelzen = qs · m
Qerwärmen = c · m · ΔT
Qverdampfen = qv · m

Q = Qschmelzen + Qerwärmen + Qverdampfen

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