Wärmelehre

Innere Energie - Wärmekapazität

Dampfdruck

  • Was lässt sich leichter erwärmen, Wasser oder Blei?
  • Warum ist es am Meer oft wärmer als im Landesinneren?
  • Kann man Eisen mit einem Hammer zum Glühen bringen?
  • Warum schwitzen wir eigentlich im Sommer?

Dampfdruck

Wenn man in München mit einem genauen Thermometer die Siedetemperatur von Wasser misst, so stellt man nicht 100°C sondern je nach Wetterlage 97-98°C fest.
Noch deutlicher ist die Abweichung der Siedetemperatur von 100°C, wenn man sie auf hohen Bergen misst (Möglichkeit der Höhenmessung?)

 

Der Grund für die abnehmende Siedetemperatur von Wasser mit zunehmender Höhe ist offensichtlich die Abnahme des Luftdrucks.

Nur beim Normaldruck von 1013 hPa auf Meereshöhe ist die Siedetemperatur gerade 100°C.

Wird der Luftdruck über den Normaldruck erhöht, so steigt die Siedetemperatur über 100°C. Man nützt dies zum schnelleren Kochen von Speisen im Dampftopf aus.

Graph von Luftdruck und Siedetemperatur als Funktion der Höhe

Stelle in je einem Diagramm den Verlauf von Luftdruck p und Siedetemperatur ϑs in Abhängigkeit von der Höhe dar.

h in m 0 903 1804 3000 4191 5382 6565 7741 8910
ϑs in °C 100 97 94 90 86 82 78 74 70
p in hPa 1013 909 814 701 601 513 436 370 312

Entnimm dem Diagramm die Siedetemperatur von Wasser auf dem 6273 m hohen Chimborasso (höchster Berg von Ecuador).

Herr Schlaumeier möchte sich auf dem Gipfel des Chimborasso sein Bergsteigermenü abkochen. Aus der Beschreibung entnimmt er eine Kochzeit von 15 Minuten. Als Herr S. nach 15 Minuten sein Essen probiert, ist er gar nicht so recht zufrieden. Warum wohl?

Erläuterung der Siedepunktserniedrigung bei Abnahme des Luftdrucks
Wenn sich im Wasser beim Sieden Dampfblasen bilden, so muss der Druck in der Wasserdampfblase (Dampfdruck pD) etwa so groß sein wie der Luftdruck b (aufgrund des hydrostatischen Druckes des Wassers muss pD sogar etwas größer als b sein).
Nimmt der äußere Luftdruck ab, so reicht schon ein niedrigerer Dampfdruck zur Blasenbildung und damit zum Sieden aus. Dies bedeutet, dass die Wasserdampfmoleküle nicht mehr so intensiv auf die Grenzfläche Dampf-Flüssigkeit prasseln müssen. Die mittlere kinetische Energie der Moleküle und damit die Temperatur kann geringer sein.

Versuch: Wie man durch Abkühlung Wasser zum Kochen bringt

Wasser kocht bei ca. 100°C

 

 

Das Wasser wird von der Kochstelle genommen. Es hört schnell auf zu sieden.

 


Verschließt man den Kolben mit einem Korken und gießt über ihn kaltes Wasser, so beginnt das Wasser wieder zu sieden.

Deute das Versuchsergebnis.

Die Druckabhängigkeit der Siedetemperatur macht man sich beim Schnellkochtopf zu Nutze, wo das Garen unter leicht erhöhtem Druck erfolgt.

Während der Ankochzeit bildet sich Wasserdampf, der die Luft aus dem Topfinnern verdrängt. Ist die Luft vollständig aus dem Topf verdrängt, strömt Dampf aus dem Ventil, im Topfinnern baut sich ein Überdruck auf. Den Druckanstieg regelt ein Überdruckventil, das auf zwei Garstufen einstellbar ist. Infolge höheren Drucks erhöht sich der Siedepunkt des Wassers. So kocht die Flüssigkeit erst bei 105°C (Stufe I) oder bei 120°C (Stufe II). Die höhere Temperatur im Topf bewirkt eine Verkürzung der Garzeit und hat einen niedrigeren Energieverbrauch zur Folge.

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