Warum hat Aluminium die größte Wärmekapazität?
Drei Metallzylinder aus Aluminium, Eisen und Kupfer haben gleichen Durchmesser und gleiche Masse. Sie werden im Wasserbad auf etwa 100°C erhitzt und dann auf einen Block Stearin gesetzt, der unter ihnen schmilzt. Welcher Metallzylinder sinkt am tiefsten ein?
Die Antwort ist Aluminium, da sie die größte Wärmekapzität hat... Hätte spontan gedacht, dass edle Metalle eine höhere Wärmekapazität haben..
Zudem frage ich mich wieso eine große Wärmekapazität ein Kriterium dafür ist. Eine große Wärmekapazität ist doch die Wärmemenge die zugeführt wird um eine Temperaturerhöhung von 1kg zu bewirken oder kann das umkehren und sagen es ist die Menge die frei wird?
5 Antworten
Die drei Körper (Al, Cu, Fe) gleicher Masse besitzen die gleiche Anfangs- und die gleiche Endtemperatur. Folglich gibt derjenige Körper die größte Wärmemenge beim Schmelzen an den Stearinblock ab, der die größte
spezifische Wärmekapazität (c) besitzt (Q = c · m · Δϑ). Je größer die zugeführte Schmelzwärme ist, desto mehr Stearin wird geschmolzen. Bei gleicher Grundfläche der Körper sinkt folglich derjenige am tiefsten ein, welcher die größte Wärmemenge (Q) als Schmelzwärme abgibt.
Gruß, H.
Ja, es gilt umgekehrt genauso. Zu beachten ist aber, dass Aluminium zwar etwas die doppelte spezifische Wärmekapazität von Eisen hat aber nur etwa ein Drittel der Dichte. Das bedeutet, bei gleichen Abmessungen der Zylinder hätte der Aluminium-Zylinder eine deutlich kleinere Masse als Eisen oder Kupfer.
Anders herum ausgedrückt: Bei gleicher Masse müsste der Aluminium-Zylinder fast dreimal so groß sein wie die aus Eisen oder Kupfer. Bei gleichem Durchmesser hätte er also die dreifache Länge. Das würde auch dazu führen, dass ein größerer Teil der Wärme an die Luft abgegeben wird, bevor er einsinkt.
Dass Alu von den drei die grösste Wärmekapazität hat, kann man sich dadurch erklären, dass die spez. Wärmekapazität auf die Masse und nicht auf das Volumen bezogen ist.
Da Kupfer 3x so dicht ist wie Alu (Masse pro Volumen), ist ein Aluklotz, der die gleiche Masse hat wie ein Kupferklotz, etwa 3x so gross!
Und in diesem Volumen sind mehr Alu-Atome als Kupferatome im 3x kleineren Volumen. Wie schon geschrieben wurde, sind es "die Atome" (Grössen, Abstände, Kristallstruktur), welche für die Speicherfähigkeit der Wärme wesentlich sind.
Je größer die Wärmekapazität, desto größer die Menge an Wärmeenergie, die bei gleicher Temperaturdifferenz ausgetauscht wird.
Die Wärmekapazität hängt hauptsächlich von der Anzahl der Atome ab, aber nicht von der Masse, und auch nicht damit, wie edel ein Metall ist.
Die Wärmekapazität eines Körpers ist die Menge an Wärme, die nötig ist, um den Körper um eine Temperatureinheit zu erwärmen. Die spezifische Wärmekapazität ist die Wärmekapazität pro Masseeinheit.
Die spezifische Wärmekapazität c (auch spezifische Wärme, bisweilen missverständlich verkürzt zu Wärmekapazität) ist eine thermodynamische stoffeigenschafft. Sie bemisst die Fähigkeit eines Stoffes, thermische Energie zu speichern.