Physik?
In einem Kalorimeter (C= 0,2 kJ/Kg) befinden sich 0,3 kg Wasser mit 95°C. In das Wasser werden 4 Kg Blei mit einer Temperatur von 400°C gegeben. a. Wie viel Wasser verdampft? b. Welche Mischungstemperatur ergibt sich? C. Skizzieren Sie ein Q-9- Diagramm!
Es ist die Aufgabe,Ich habe zwei Fragen darüber.Erst ist，Ich kenne die Masse des Kalorimeters nicht, wie soll ich seine Kalorien berechnen? Wasser verdampft erst bei einer Temperatur von 100 Grad, das heißt, die Antwort auf B ist 100?Ich danke Ihnen allen sehr herzlich.
Sicher das es nicht 0,2 kJ/K sind? Es ist bestimmt auch ein Q-ϑ-Diagramm, von dem ic trotzdem nicht weiß, wie es aussieht!
Ja,die Einheit ist kj/kg
Gibts keine anderen Hinweis? MMn solltest Du mal die ganze Aufgabe, oder Seite als Foto reinstellen!
Wie kann ich innen das Bild geben？
Du kannst es bei der Frage ergänzen, oder ggf. bei einer eigenen Antwort einfügen...
Danke，Habe ich schon da gemacht.
Wer stellt denn solche Aufgaben? SchulForm, Klasse, Kurs, Bundesland...
Es ist meine T-kurs Übung
4 Antworten
1) Ich kenne die Masse des Kalorimeters nicht, wie soll ich seine Kalorien berechnen?
Die muss man auch nicht kennen. Die müsste man nur wissen, wenn die spezifische Wärmekapazität gegeben wäre. Die hätte als Formelzeichen ein kleines c und als Einheit kJ/kgK.
Gorß C gibt die absolute Wärmekapazität an:
C = c * m
Die Masse ist da schon eingepreist und deshalb lautet die Einheit auch kJ/K. Die Einheit in der Aufgabe kJ/kg ist definitiv falsch. Dass da jemand mächtig geschlampt hat sieht man auch daran, dass das k für 1000 groß geschrieben ist. Derselbe Fehler wird auch bei 4 kg Blei gemacht.
2) Wasser verdampft erst bei einer Temperatur von 100 Grad, das heißt, die Antwort auf B ist 100?
Da muss man erstmal die vom Blei abgegebene Wärme ausrechnen und dann, ob diese reicht, alles Wasser zu verdampfen oder nicht. Falls alles Wasser verdampft wird, stellt sich eine Mischungstemoeratur aus festem Blei und Dampf/Kalorimeter von über 100 °C ein. Falls nicht alles Wasser verdampft, ist die Mischungstemperatur selbstverständlich 100 °C. Das ergibt sich aus Aufgabe a)
Hinweis: die molare Wärmekapazität von Metallen beträgt oberhalb der Zimmertemeratur nach dem Gesetz von Dulong-Petit 3R (R = allgemeine Gaskonstante) mit 3 R ≈ 24,9 J/molK
Hat man keine besseren Angaben, kann man diesen Wert auch für das flüssige Metall in grober Näherung annehmen. Genau hat flüssiges Blei eine molare Wärmekapazität von 27,2 J/(mol·K).
Vielen Dank!ich habe gar nicht vorstellt ,dass noch andere Situation gibt.Du bist recht.Wenn das gesamte Wasser verdampfen sind .Die Mischtemperatur ist die Temperatur des Bleis.Nochmals vielen Dank.
Ich bin echt ein wenig schockiert über die Aufgabenstellung. Warum muss man Schüler/Studenten absichtlich verwirren mit so etwas?
Also, die Aufgabenstellung kann so nicht stimmen, denn die Wärmekapazität des Kalorimeters gibt man üblicherweise mit kJ/K an. Das ergibt sich auch aus der Formel dafür:
Schnelle Dimensionsanalyse:
Diese Formel wäre auich mein erster Lösungsansatz. Die würde ich nach der Mischungstemperatur auflösen. Du musst allerdings beachten, dass in dieser Formel jetzt beide Stoffe Wasser wären. Eine der beiden Massen muss logischerweise durch Blei und die zugehörige Wärmekapazität ersetzt werden.
Wenn ich mich nicht verrechnet habe:
Diese Mischungstemperatur ergibt sich jetzt aber aus einer fehlerhaften Energiebilanz. Das ist ganz wichtig, denn das Wasser geht ab 373 K in den gasförmigen Zustand über und nimmt dabei erheblich Energie auf. Die Mischungstemperatur, die sich aus dieser Formel ergibt, berücksichtigt das nicht.
Wir müssen daher von vorne anfangen und benötigen dafür einen Wert, der nicht in der Aufgabenstellung gegeben ist.
Das kann man dann nach der Mischungstemperatur auflösen. Da aber die Verdampfungsenthalpie nicht gegeben ist, frage ich mich, was sich der Kollege bei dieser Aufgabenstellung gedacht hat.
Die Lösung wäre dann:
Wenn wir dafür Werte einsetzen, stellen wir fest... Mist, so einfach ist es wieder nicht... können, wenn sie verdampfen 667,1 kJ Energie aufnehmen. Das Blei hat ja nur 1 kJ/K. Die Antwort ist also folgende...
Die Mischungstemperatur ist 100 °C. Das Blei hat eine Erstarrungswärme von 25 kJ/kg (natürlich auch nicht angegeben). Das Blei gibt insgesamt 400 kJ ab. Davon gehen 7,3 kJ in die Erwärmung des Wassers und der Rest in die Verdampfung des Wassers. Das müssten dann 174 g Wasser sein.
Ja,diese Voraussetzung habe ich schon gedacht,Aber ich weiß noch nicht die Mischungtemperaur,wie die berechen kann
Nun ja...Das Blei besitzt bestimmt genug Energie um das Wasser (und das Kalorimeter) auf 100 °C zu erhitzen, aber wahrscheinlich nicht genug, um es vollständig zu verdampfen! Im Prinzip ergibt sich das aus der Frage nach der Menge des verdampften Wassers.
Neben der kleinen Problematik der fehlenden KalorimeterMasse wundert mich etwas das Diagramm! Imein...es gibt nur eine richtige Lösung! Man könnte natl. die Energien die auf und abgegeben werden, mit den zugehörigen Temperaturen Darstellen. MMn ist das aber eher ein Schaubild, oder eine grafische Darstellung.
Ich tendiere auch zu kJ/K, zumal sich ja schon in der Frage ein großes K eingeschlichen hat...
Es hat sich auch ein großes C eingeschlichen...
Dazu aber auch eine 'kapitale' Hürde (oder Fehler?). Blei schmilzt bei 328,5 °C. Durch den Phasenwechsel ist die Energie soo groß, dass das Wasser vollständig verdampft. ICH schätze fast, dass sich der Wasserdampf bis zu den 328,5 °C erhitzt und stattdessen ein Teil des Bleis flüssig bleibt! Zumindest theoretisch!
Immerhin wurde zusätzlich extra die spezifische Wärmekapazität von flüssigem Blei angegeben!
kJ/K ist sinnvoll und wird mit „Wasserwert“ bezeichnet, ansonsten müssten wir kJ/kg/K haben…dann bräuchten wir aber auch die Masse
Also ich hatte einen Rechenfehler (auf dem Tablet in den Notizen/Excel, was mMn für das Arbeiten mit DIN A4 Zetteln spricht =;-))
Es bleibt doch bei 100 °C, weil das Wasser mehr Energie zum Verdampfen braucht, als das Blei abgeben kann.
Also macht man eine EnergieBilanz! flüssiges Wasser+KalorieMeter auf 100 °C und Blei auf 100 °C (abkühlen, erstarren, abkühlen). Und dann schaut man, wie viel Wasser noch verdampfen kann.
Wenn ich mich nicht verrechnet habe und man annimmt, dass das vom Autor der Frage beabsichtigt war, dann verdampft ziemlich genau die Hälfte des Wassers. Ich vermute, dass es Absicht ist, denn die Wärmekapazität von Blei ist eigentlich 0,13 kJ/kgK und nicht 0,25 kJ/kgK
auch flüssiges Blei? Hast Du auch mit 25 J/g beim Erstarren und 328,5 °C gerechnet? Ich bin nicht auf 150 g gekommen, sondern etwas weniger.
Ah, nein, ich hab mit 10 kJ/kg gerechnet... weil ich dumm bin. Google Schnellsuche und nur halb gelesen, die 10 kJ/kg sind für Quecksilber.
Es müsste aber mehr sein. Blei geht von 400 °C auf 100 °C. Sind nach Adam Riese 300 kJ. Die Erstarrung braucht nochmal 100 kJ. Das Wasser geht von 95 °C auf 100 °C und nimmt dabei 7,3 kJ auf. Bleiben 392,7 kJ. 392,7 kJ/2257 kJ/kg sind 174 g.
Joar, OK,...wobei ich beim festen Blei mit 0,13 J/gK gerechnet UND die 200 J/K vom Kaloriemeter berücksichtigt habe. Damit komme ich auf 125 g Dampf.
Ja, die 200 J/K hab ich auch berücksichtigt. Aber Du hast recht, das habe ich nicht gemacht. Den Wert haben wir ja auch nicht. Schreckliche Aufgabenstellung. Hätte ein Doktorand mir so was vorbei gebracht, hätte ich ihm aber die Ohren lang gezogen.
Für eine derartig dahingeschluderte Aufgabenstellung verdient der Aufgabenautor eine Stunde Nachsitzen mit Nachschulung. Das Präfix für die Masseneinheit ist für das Kilo ein kleines "k". Auch im Zusammenhang mit anderen Einheiten ist der Tausender-Wert das kleine "k". Beispielsweise sind 1000 J(oule) ein "kJ" (Kilojoule). Und was die Funktion des Kalorimeters bei der Fragestellung sein soll, ist völlig schleierhaft. Dabei ist die Angabe "C = 0,2 KJ/Kg" die Krönung.
Hüstel...wird halt schwer, weil das Wasser verdampft, wodurch sich auch die Wärmekapazität ändert. Auch das Blei ändert (teilweise) seinen Aggregatzustand, weil es ü330 °C flüssig ist!
Eine ziemliche Rechnerei...ganz schön anspruchsvoll für ne normale Schule!