Wärmekraftmaschinen

Esbit* ist ein sehr praktischer Trocken-Brennstoff, der vor allen Dingen im Campingbereich eingesetzt wird. In dem folgenden Versuch soll der Wirkungsgrad eines Esbitkochers für die Erwärmung von Wasser bestimmt werden.

Überlege dir zunächst, wie der Wirkungsgrad einer Esbit-Kochstelle zur Erwärmung von Wasser festzulegen ist und welche Größen man bestimmen muss.

*Erich Schumm Brennstoff In Tablettenform

• Zweck des Esbitkochers ist es Wasser zu erwärmen.
• Nutzenergie: Erhöhung der Wärmeenergie des Wassers \({{E_{nutz}} = {c_w} \cdot {m_w} \cdot \Delta \vartheta }\)
• Aufzuwendende Energie: Benötigte chemische Energie des Brennstoffes \({{E_{auf}} = {H} \cdot {m_{esbit}}}\), wobei \(H\) der Heizwert des Brennstoffes ist, den man aus Tabellen entnehmen muss
   

Versuchsaufbau und Versuchsdurchführung

Man wiegt eine Brennstofftablette ab (\({{m_{esbit}}}\)), entzündet diese im Kochgestell und stellt den mit Wasser (\({{m_w}}\); \({\vartheta _{w,1}}\)) gefüllten Metalltopf auf das Kochgestell.

Nun wartet man, bis die Tablette vollständig verbrannt ist und bestimmt die Endtemperatur (\({\vartheta _{w,2}}\)) des Wassers.

Messbeispiel
\({{m_{esbit}} = 4,0\rm{g}}\) ;  \({{m_w} = 350\rm{g}}\) ;  \({\vartheta _{w,1}} = 18^\circ \rm{C}\) , \({\vartheta _{w,2}} = 62^\circ \rm{C}\) , also \({\Delta \vartheta  = 44^\circ \rm{C}}\)

Tabellenwerte
\({{H_{esbit}} = 28\frac{{{\rm{kJ}}}}{{\rm{g}}} = 28000\frac{{\rm{J}}}{{\rm{g}}}}\) ; \({{c_w} = 4,19\frac{{\rm{J}}}{{{\rm{^\circ C}} \cdot {\rm{g}}}}}\) (Achte darauf alles auf gleichartige Einheiten zu bringen!)

\[\eta  = \frac{{{c_w} \cdot {m_w} \cdot \Delta \vartheta }}{{{H_{esbit}} \cdot {m_{esbit}}}} \Rightarrow \eta  = \frac{{4,19 \cdot {{10}^{ - 3}} \cdot 350 \cdot 44}}{{28 \cdot 4,0}} = 0,58 = 58\% \]

Sehr übersichtlich werden die energetischen Verhältnisse im sogenannten Energieumwandlungsdiagramm dargestellt: