Wasser erhitzen - Diagramm beschreiben?
https://www.youtube.com/watch?v=r38
In diesem Experiment wird Wasser von -0,5°C auf 93°C erwärmt.
Nach dem der Versuch mehrere Male wiederholt wurde, konnte folgendes Diagramm erstellt werden..
Quelle: teams
Kann mir jemand dieses Diagramm beschreiben?
3 Antworten
Hallo diecooleperson1,
das Video war für mich erst nicht verfügbar. Unter diesem Link war es dann doch anzusehen. Doch zunächst zum Diagramm:
Zum DiagrammDie Darstellung ist sehr schematisch, denn es gibt keine ordentliche Skala. Von der Temperatur sind gerade mal zwei konkrete Werte (0°C und 100°C) dargestellt, bei der Energie gar keiner.
Die Steigungen sind auch nicht korrekt, denn die für Eis und Dampf müssten steiler sein, da deren spezifische Wärmekapazitäten kleiner ist als die von flüssigem Wasser:
- Wassereis: 2060 kJ⁄(kg∙K)
- Wasser (l): 4180 kJ⁄(kg∙K)
- Wasserdampf: 1870 kJ⁄(kg∙K)
Beachte, dass die spezifische Wärmekapazität umgekehrt proportional zur Steigung ist. Flüssiges Wasser hätte daher eine besonders flache Steigung.
Bei den Phasenübergängen ist die Wärmekapazität praktisch unendlich groß, die Wärmezufuhr führt nur um Schmelzen und Verdampfen.
Allerdings gilt das Diagramm in dieser Form nur für den sog. Normaldruck, der dem Dampfdruck des Wassers bei 100°C entspricht. Das ist ein Gleichgewichtsdruck, der sich auch etwa in einem evakuierten Gefäß als Gleichgewichtsdruck des entstehenden Wasserdampfes einstellen würde und mit der Temperatur steigt.
Liegt der Dampfdruck unter dem äußeren Luftdruck, verdunstet Wasser (es sei denn, die Luft wäre mit Wasserdampf gesättigt), ist er dem äußeren Druck gleich, siedet es, und die Temperatur steigt währenddessen nicht weiter. Deshalb wächst entsprechend der Siedepunkt mit dem Druck.
Zum VideoDie Versuchsanordnung war denkbar einfach: In einem Glasgefäß, das auf einem Campingkocher stand, mit dem Draht eines Temperaturfühlers im Gefäß, wurde erwärmt. Dabei wurden Zeit und aktuelle Temperatur abgelesen.
Die Messung startete bei −0,5°C und endete mit dem Sieden des Wassers bei einer Temperaturanzeige von +93°C. Besonders am Anfang war ein starkes Auf- und Ab- Springen in der Temperaturanzeige zu beobachten.
Wegen der verhältnismäßig niedrigen Temperatur beim Sieden habe ich in einem Kommentar unter dem Video nach dem Wetter gefragt. Der Luftdruck ist ja bei schlechtem Wetter niedriger.
Allerdings berührte der Fühler auch direkt das Glas, was die Temperaturmessung vermutlich stark beeinflusst hat – auch schon am Anfang der Messung. Zeitweise spielte die Anzeige regelrecht verrückt, und die Temperatur stieg auch schon stark an, bevor das Eis geschmolzen war. Um den im Diagramm dargestellten Befund zu reproduzieren, müsste sich der Fühler nahe der Oberfläche befinden, bzw. die Energie dem Wasser nur langsam zugeführt werden.
Danke! Aber ich habe immer noch nicht verstanden, was man bei dem Versuch beobachten kann.
Wenn man die Leistung (also das Verhältnis zwischen zugeführter Wärme und Zeit) irgendwo ablesen kann – kann man anhand der Zeitanzeige die zugeführte Wärme und anhand der Temperaturdifferenz die spezifische Wärmekapazität messen.
Aber kannst du die Darstellung des Diagramme noch beschreiben?
Wie ich es getan habe – als schematisch. Es ist die Temperatur als Funktion der dem System zugeführten thermischen Energie dargestellt, aber alles andere als exakt.
Können kann man, aber nicht mehr viel Sinnvolles. Es muss ja kein Roman werden.
Was könnte man denn noch ergänzen, was eventuell sinnvoll ist? Also methodisch zum Diagramm.
Kommt drauf an, was man will: eine exakte Darstellung oder nur einen prinzipiellen, eher qualitativen Verlauf?
Einen prinzipiellen, eher qualitativen Verlauf.
Dafür taugt das Diagramm gut. Ich würde nur die Anstiege bei Eis und erst Recht Dampf etwas steiler machen. Es muss nicht "maßstabsgerecht" sein, aber der Eindruck, Eis, flüssiges Wasser und Dampf hätten genau dieselbe spezifische Wärmekapazität.
Danke! Würdest du es aber beschreiben?
Was soll ich denn sonst noch sagen? Es ist eine qualitative Darstellung der Temperatur als Funktion der thermischen Energie, und an zwei Plateaus kann man die beiden Phasenübergänge (Schmelzen/ Erstarren und Verdampfen/ Kondensieren). Das ist eigentlich alles, was es da zu beschreiben gibt.
Hattest du das Diagramm jetzt nicht mehr oder weniger erläutert. Ich wollte doch, dass es jemand beschreibt, oder sitze ich auf dem Schlauch?
Kannst du es nochmal beschreiben?
Unter "beschreiben" könnte man natürlich auch verstehen, welche Formen und Farben darin vorkommen, aber wenn es um ein Diagramm geht, verstehe ich darunter, dass ich es inhaltlich beschreiben soll, und das habe ich m.E. getan.
Aber kannst du auch die "Farben" und "Formen" beschreiben?
Schwarzes Achsenkreuz, Abszisse (horizontale Achse) stellt thermische Energie dar, Ordinate (vertikale Achse) stellt Temperatur dar.
Der Funktionsgraph ist in grün dargestellt, und an den Abschnitten stehen Erklärungen.
Namentlich an den Plateaus stehen Erklärungen mit Pfeilen in Rot (Energiezufuhr) und Blau (Energieentzug).
es wird konstant Wärmeenergie hinzugefügt.
Was passiert mit dem Wasser ?
Es gibt 2 ( 3 ) Steigungen des Graphen , dort steigt die Temperatur des W kontinuierlich.
Es gibt aber auch zwei Plateaus : die Temperatur des W steigt nicht.
Es braucht also eine gewisse Menge an Energie , damit das Hin- und Her von Schm und Erst bzw Verd und Kond vorbei ist und der neue Aggregatzustand zu 100% erreicht ist .
In diesem Diagramm wird beschrieben wie viel Energie gebraucht wird um die Temeparatur und Aggregatzustand zu wechseln. Du siehst, es braucht mehr energie als sonst um das eis zu schmelzen und es braucht nochmal mehr enrgie um es verdampfen zu lassen.
Der Energieverbrauch beim Wechseln wird beschrieben.
Kannst du das noch ausformulieren?