Innere Energie - Wärmekapazität
Wärmelehre
Klasse 8, 9
- Warum erwärmt sich Wasser so langsam – und kühlt so langsam ab?
- Was passiert mit der Energie beim Schmelzen, wenn die Temperatur nicht steigt?
- Wie berechnet man die Wärme zum Erwärmen eines Stoffs?
Schlau Fassung
Innere Energie und Wärme
- Die innere Energie eines Körpers ist die gesamte Energie seiner Teilchen. Wärme \(Q\) ist die Energie, die wegen eines Temperaturunterschieds übertragen wird.
- Erwärmen: \(Q = c \cdot m \cdot \Delta T\). Die spezifische Wärmekapazität \(c\) ist eine Stoffkonstante – Wasser hat mit \(c = 4{,}19\,\mathrm{\frac{kJ}{kg\,K}}\) einen besonders hohen Wert (Meeresklima, Wärmflasche, Kühlmittel!).
- Bei Schmelzen und Verdampfen bleibt die Temperatur trotz Energiezufuhr konstant: Die Energie steckt im Lösen der Teilchenbindungen (Schmelz- bzw. Verdampfungswärme).
- Verdunsten kühlt: Die schnellsten Teilchen verlassen die Flüssigkeit – Schwitzen funktioniert genau so.
Aufgaben
- Wie viel Energie braucht man, um \(1{,}5\,\mathrm{Liter}\) Wasser von \(20\,^{\circ}\mathrm{C}\) auf \(100\,^{\circ}\mathrm{C}\) zu erhitzen?
Lösung
\(Q = 4{,}19 \cdot 1{,}5 \cdot 80 \approx 503\,\mathrm{kJ} \approx 0{,}14\,\mathrm{kWh}\). - Warum eignet sich Wasser so gut als Kühlmittel im Automotor?
Lösung
Hohe Wärmekapazität: Es nimmt pro Kilogramm und Grad besonders viel Energie auf, ohne selbst stark heißer zu werden. - Skizziere das Temperatur-Zeit-Diagramm, wenn Eis von \(-10\,^{\circ}\mathrm{C}\) gleichmäßig bis zum Wasserdampf erhitzt wird, und beschrifte die Abschnitte.
Lösung
Anstieg (Eis) – Plateau bei \(0\,^{\circ}\mathrm{C}\) (Schmelzen) – Anstieg (Wasser) – Plateau bei \(100\,^{\circ}\mathrm{C}\) (Verdampfen) – Anstieg (Dampf).
Weiterführende Aufgaben
- Erkläre mit der Verdampfungswärme, warum ein Dampf-Verbrühen gefährlicher ist als gleich heißes Wasser.