Wie lange benötigt ein Liter Wasser, um im Gefrierfach von 20 Grad auf 0 Grad abzukühlen?

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2 Antworten

Kommt drauf an - ist aber egal, denn

> Zeichne ein Temperatur-Zeit Diagramm

ist hier ausnahmsweise ein Diagramm, bei dem die Zeit-Achse nicht beschriftet ist.

> Physik kann ich nicht so gut, deswegen frage ich ob mir jemand sagen kann wie man das rechnet.

Pech, denn das auszurechnen ist jenseits des Abi-Stoffs. Du musst verstehen, was da abläuft:

1. Die Wärme strömt umso schneller, je größer die Temperaturdifferenz. Somit fällt Deine Temperatur umso langsamer, je kälter das Wasser schon geworden ist.

2. Zum Einfrieren muss dem Wasser Wärme entzogen werden, dabei ändert sich die Temperatur nicht.

3. Wenn alles Wasser gefroren ist, wird das Eis kälter; auch hier gilt wieder: Deine Temperatur fällt umso langsamer, je kälter das Eis schon geworden ist.

Pluspunkte kannst Du noch bekommen für die richtige Umsetzung  bzw. zeichnerische Darstellung der Überlegungen:

a) Was dauert länger, das Abkühlen des Wassers oder das Umwandeln zu Eis?

b) Was kühlt - bei gleichem Wärmestrom - schneller ab, Wasser oder Eis? (Hint: Spezifische Wärme der beiden nachschlagen)

Du hast vergessen zu schreiben, wie kalt das Gefrierfach ist.

Das ist eine Physikhausaufgabe und das steht nicht da, vollständig heißt sie: "Sabine füllt Wasser mit einer Temperatur von 20°C in eine Eiswürfelschale und stellt diese ins Gefrierfach eines Kühlschrankes.

a) Zeichne ein Temperatur-Zeit Diagramm bis zu dem Zeitpunkt; an dem alles Wasser gefroren ist.

b) Interpretiere das Diagramm"

Physik kann ich nicht so gut, deswegen frage ich ob mir jemand sagen kann wie man das rechnet. Das Ergebniss würde ich gerne selber ausrechnen.

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@NurSteam

Wie schnell das Wasser abkühlt, hängt außer von der Temperatur des Gefrierfachs auch davon ab, ob es sich z. B. in einem Plastikbeutel oder in einer Thermoskanne befindet, und im Fall der Plastiktüte auch davon, ob es ganz flach in einem riesigen Beutel ist oder als kompakter Klumpen in einem kleinen.

Bzw. in der Aufgabenstellung, ob die Eiswürfelschale ganz dünnwandig oder aus Aluminium ist oder aus Styropor (etwa, damit das Wasser ganz langsam gefriert und die Eiswürfel wunderbar durchsichtig bleiben).

Was allerdings gleich bleibt, ist der qualitative Verlauf der Temperatur.

Und dieser ist es praktisch sicher, den du zeichnen sollst - sonst wären Zahlen gegeben, die die Abmessungen der Schale und die Innentemperatur des Gefrierfachs gegeben wären.

Zunächst ist die Temperaturänderung proportional zur Temperaturdifferenz, d. h. wir haben eine "Exponentialkurve", die sich der Gefrierfachtemperatur "asymptotisch" annähert.

Um das auszurechnen, brauchst du die Wärmeleitfähigkeit der Eiswürfelschale und des Wassers, die Wärmeleitfähigkeit des Wassers sowie die spezifische Wärme des Wassers. Oder direkt die "Temperaturleitfähigkeit" des Wassers. Das führt aber über den normalen Schulstoff hinaus.

Dir sollte der Begriff der "Schmelzwärme" bekannt sein. Damit kannst du sagen, was am Schmelzpunkt passiert.

Die Rate, mit der die Schmelzenergie entzogen wird, ist proportional der Temperaturdifferenz zwischen dem Schmelzpunkt und der Temperatur des Eisfaches.

Wenn das Wasser gefroren ist, kühlt es weiter ab, wieder "exponentiell", aber möglicherweise mit einer anderen Geschwindigkeit.

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@NurSteam

Von 20 C aus fällt die Temperatur allmählich auf 0° und bleibt auf diesem Wert, bis das gesamte Wasser erstarrt ist (hier sollte dein Diagramm ja enden, im Weiteren würde sich die Temperatur des Eisblocks der des Kühlfachs nähern.) Interpretation: Zunächst wird das Wasser Energie abgeben und dadurch kälter. Wenn es den Gefrierpunkt erreicht hat, wird die im Weiteren dem Wasser entzogenene Energie durch das Erstarren frei.

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