Welches bei Raumtemperatur festes Material besitzt die höchste spezifische Wärmekapazität pro Volumen (nicht pro Kg)?
4 Antworten
Schwierige Frage, denn mit etwas Suchen findet man immer nur einige Beispiele, und die nicht richtig sortiert, sodass man immer noch rechnen oder schätzen muss.
Generell scheint die Wärmekapazität nicht so sehr von der Atommasse abzuhängen, ist für Wolfram etwa ein Drittel der von Chrom, was ganz grob umgekehrt proportional zu Atommasse und Dichte ist.
Also würde ich mich bei der Suche auf die leichten Elemente konzentrieren, Lithium, Kohlenwasserstoffe usw. Wasser wäre der Topkandidat, wenn es nicht flüssig wäre.
Die Idee von Parhalia2 erscheint mir erwägenswert, nur sollte wegen der in Absatz 2 genannten Argumente nicht zu viel an schweren Elementendrin sein, wie z.B. Silizium.
Verrückt ist sowas nur auf den ersten Blick. Dass die Teilchenmasse keine Rolle spielt, kann man auch bei Gasen beobachten: Egal welches Gas, in einem bestimmten Volumen sind immer gleich viele Teilchen. Je höher die Teilchenmasse, desto langsamer sind sie unterwegs, aber die kinetische Ernergie ist für alle dieselbe. Bei höherer Teilchengeschwindigkeit ergibt sich auch eine höhere Schallgeschwindigkeit, daher die Mickey-Mouse-Stimme, wenn du Helium einatmest.
Und das sollte auch reichen. Hauptsache, das Essen schmeckt, und häuptersächer ist die Stimmung gut. Lass einfach den Backofen auf 80 °C und lager die Teller etc. bis zum letzten Moment.
Und wie ist die Stimme bei Schwefelhexaflourid?
Organesson ist das schwerste Element und wird damit die höchste Wärmekapazität pro Volumen haben.
Also Eisen liegt weitaus höher als Uran, wenn ich das richtig gerechnet habe.
Bei Metallen? Glaube ich nicht, lasse mich durch vorrechnen aber überzeugen. Ansonsten bleibe ich bei der Meinung, dass schwerere Metalle die höhere Wärmekapazität haben.
Falsche Antworten geben und sich dann die Fehler vorrechnen lassen! Chapeau!
Von den hier gelisteten festen Stoffen ist Nickel an der Spitze.
https://de.wikipedia.org/wiki/W%C3%A4rmespeicherzahl
Läßt man den Aggregatzustand außer Acht, dann ist Wasser noch 5 % besser. (Tabellenspalte 'Isobaric volumetric heat capacity')
https://en.wikipedia.org/wiki/Table_of_specific_heat_capacities
Und fällt Dir ein Grund ein bzw. auf, WARUM unter allen Elementen gerade Nickel diese Besonderheit zukommt?
Etwas fällt mir auf, aber ich sehe gerade keinen physikalischen Zusammenhang:
Nickel, Eisen und Cobalt (3747 kJ/(kg·K)) haben nicht nur die größten volumetrischen Wärmekapazitäten, sondern auch unter allen Atomkernen die höchsten Bindungsenergien pro Nukleon.
https://physikunterricht-online.de/jahrgang-12/aufbau-und-energie-der-kerne/
Die Kernkräfte sind m.E. eine andere Baustelle. Aber die Tablelle, die du gefunden hast, hat mich auf eine andere Idee gebracht, die ich zwar in meiner Antwort angerissen, aber dann voll verrissen habe:
Die Metalle Cobalt und Nickel haben von allen Metallen - Beryllium ausgenommen - die kleinsten Atomradien aller Metalle. Kann man schön bei https://de.wikipedia.org/wiki/Atomradius sehen, im Schaubild oben rechts und in der Tabelle knapp hinter der Mitte, mit ausgewählten Metallen mit dichtesten Kugelpackungen.
Vielleicht ist es also schlicht die Anzahl der Atome pro Volumen, jedenfalls bei Metallen.
Vielleicht ist es also schlicht die Anzahl der Atome pro Volumen, jedenfalls bei Metallen.
Klingt plausibel. Und paßt genau zum Dulong-Petit-Gesetz und seiner Herleitung. Ich denke, Du hast es gefunden!
Das Gesetz hast du gefunden! Ich habe in meiner Antwort nur allgemein über das Gasgesetz geschwafelt. Und ehrlich gesagt ist mir das Dulong-Petit-Gesetz auch in der Einleitung eines Schein-Wochenendes etwas zu hoch/anstrengend.
Ist doch immer wieder schön, wenn man aus verschiedenen Ecken kommt und dann doch im Zickzack zusammen auf die Lösung kommt, oder ihr zumindest näher.
Frohe Feiertage auch dir!
Und auch dem armen Fragesteller, der wohl nur noch "Bahnhof" versteht und gar nicht ahnte, was er da losgetreten hat!
Ach ja, es ist wirklich schön. Vielen Dank! Frieden und Freude allen, die mitlesen!
Da müßtest Du schon eher bei Baumaterialien ( mineralisch oder zellulosebasiert oder Echtholz) schauen, die chemisch-technologisch bedingt einen relativ hohen Wasser-Einbindungsanteil nicht einfach freisetzbar in ihrer Festsubstanz aufweisen .
Hat Deine Fragestellung einen besonderen Wissens- / oder Anwendungshintergrund ? ( Außer Hausaufgaben )
Ja. Ich war gerade dabei für das Weihnachtsessen zu proben. Und was mir dabei immer auf die Nerven geht ist dass die Porzellan-Teller, wenn man sie vorgewärmt hat, trotzdem immer so schnell kalt werden. So dachte ich, ob vielleicht eine 10 mm starke vorgeheizte Aluminiumplatte, unter dem Teller hilfreich wäre?
Aber dann idealisierte ich die Frage, da es interessanter Weise nur eine Antwort auf die Frage geben kann. Physikalisch einfach spannend. Was macht die hohe spezifische Wärmekapazität eigentlich aus? Woran macht sie sich fest?
Und aus der Schule bin ich schon dreißig Jahre raus.
Wenn ich mir ne Pizza in den Ofen schiebe, mach ich mir vorher 2 Teller warm und stell die übereinander.
Zur Physik habe ich mich zwischenzeitlich etwas ausgelassen. Da ist es neben grundsätzlchen Erwägungen auch hilfreich, die richtigen Datenquellen zu finden. Denn theoretisches Wissen wird immer wieder durch praktische Ausreißer relativiert.
In chinesischen Restaurants wird ( soweit ich es noch früher aus meiner Kindheit kenne ) mit zum Tisch transportablen Tellerwärmern aus einer etwa 10 bis 20 mm starken Edelstahlplatte, oder einem Speckstein gearbeitet .
Die spezifische Wärmekapazität dieser Materialien ist absolut gesehen per Volumen zwar nicht sonderlich hoch, aber diese Materialien reagieren in sich sehr träge im Wärmemengentransfer bei der Aufnahme und Abgabe der Wärmeenergie.
Die höhere Wärmemenge in der Speicherung wird dort über entsprechende Temperaturdifferenzen zwischen Raumluft und Aufheizung um etwa 200 bis 300 Kelvin erreicht.
Anders als Kupfer , Silber oder Aluminium geben Edelstahl oder Speckstein ihre intern gespeicherte Wärmeenergie wegen ihrer physikalisch deutlich geringeren Wärmeleitfähigkeit entsprechend gleichmäßiger wieder an die umgebende Raumluft wieder ab.
Für die Servierung der zentralen Speisungsplatte direkt an den Tisch empfiehlt sich noch eher eine per Teelichte von unten über Stunden aktiv beheizbare Stövchen-Lösung mit Speicherplatte , auf der Du Deine Servierpfanne incl. Deckel dann direkt am Tisch präsentierst.
Dann können sich Deine Gäste bei Bedarf in kleinen Portionen immer heiß nachbedienen , statt jede(m/r) gleich einen zu Hauf überladenen Teller von der Größe einer Schlachtplatte gleich "fertig" vorzusetzen.
In diesem Bezug sind uns asiatische Restaurationsansätze gegenüber unserer "klassischen Darbietungsweise" nach wie vor weit überlegen in längerfristig angelegten Speisungszeremonien.
Dafür die Teller am Gast besser etwas kleiner und dünnwandiger zum mehrmaligen Nachfassen aus dem stets ausreichend temperierten Zentrum am Tisch .
Hach, die Wärmeleitfähigkeit hatte ich gar nicht im Auge. Guter Punkt! Danke.
Ich finde das total verrückt. Und was sagt es über die Welt und deren Aufbau? Ich komme für Aluminium und Silber z.B. auf etwa den gleichen Wert.
Nickel erscheint mir Favourit.
Und könnten Legierungen noch mehr bringen?