Ziel des Versuchs ist die Bestimmung der Größenordnung der spezifischen Verdampfungswärme \(r\) von Wasser.
Aufbau und Durchführung
In ein kleines Reagenzglas wird Wasser gefüllt (Füllhöhe ca. \(3\rm{cm}\)). Das Glas wird so in die Stativklemme gespannt, dass es etwa \(15^\circ \) gegen die Vertikale geneigt ist.
Die Bunsenbrennerflamme wird auf etwa halbe Stärke eingestellt. Die Luftzufuhr sollte nicht ganz weggenommen werden, jedoch sollte sie auch nicht zu groß sein. Über der ca. \(3\rm{cm}\) hohen Flamme wird in ca. \(5\rm{cm}\) Entfernung vom oberen Rand des Bunsenbrenners das Reagenzglas aufgestellt.
Man verändere während des Versuchs die Stärke der Bunsenbrennerflamme nicht und achte darauf, dass kein Luftzug im Zimmer herrscht. So kann man davon ausgehen, dass dem Wasser pro Zeiteinheit ein fester Energiebetrag zugeführt wird.
Man misst nun die Zeit \(\Delta {t_1}\), die verstreicht, bis das Wasser von Zimmertemperatur \({{\vartheta _{{\rm{Zimmer}}}} = 20^\circ {\rm{C}}}\) auf die Siedetemperatur \({{\vartheta _{\rm{S}}} = 100^\circ {\rm{C}}}\) gebracht ist.
Ohne den Bunsenbrenner zu verändern, wird nun noch die Zeit \(\Delta {t_2}\) festgestellt, die verstreicht bis das Wasser nach Siedebeginn total verdampft ist.
Beobachtung
\(\Delta {t_1} = 30{\rm{s}}\) ; \(\Delta {t_2} = 200{\rm{s}}\)
Auswertung
Es sei \(P\) die Heizleistung des Bunsenbrenners und \(r\) die spezifische Verdampfungswärme des Wassers. Dann gilt
\[P \cdot \Delta {t_1} = {c_{\rm{W}}} \cdot {m_{\rm{W}}} \cdot \left( {{\vartheta _{\rm{S}}} - {\vartheta _{{\rm{Zimmer}}}}} \right) \quad(1)\]
und
\[P \cdot \Delta {t_2} = r \cdot {m_{\rm{W}}} \quad(2)\]
Dividiert man Gleichung \((2)\) durch Gleichung \((1)\), so erhält man
\[\frac{{P \cdot \Delta {t_2}}}{{P \cdot \Delta {t_1}}} = \frac{{r \cdot {m_{\rm{W}}}}}{{{c_{\rm{W}}} \cdot {m_{\rm{W}}} \cdot \left( {{\vartheta _{\rm{S}}} - {\vartheta _{{\rm{Zimmer}}}}} \right)}} \Leftrightarrow r = \frac{{{c_{\rm{W}}} \cdot \left( {{\vartheta _{\rm{S}}} - {\vartheta _{{\rm{Zimmer}}}}} \right) \cdot \Delta {t_2}}}{{\Delta {t_1}}}\]
Einsetzen der gegebenen Werte liefert
\[r = \frac{{4,2\frac{{\rm{J}}}{{{\rm{g}} \cdot {\rm{^\circ C}}}} \cdot \left( {100{\rm{^\circ C}} - 20^\circ {\rm{C}}} \right) \cdot 200{\rm{s}}}}{{30{\rm{s}}}} = 2,2 \cdot {10^3}\frac{{\rm{J}}}{{\rm{g}}}\]
Der Versuch liefert im Allgemeinen nur die richtige Größenordnung von \(r\). Er zeigt aber doch, dass man wesentlich mehr Energie benötigt, um eine bestimmte Masse von Wasser zu verdampfen als die gleiche Masse Eis zu schmelzen.
Hinweis: Beachte hierzu auch die entsprechende Musteraufgabe.