Ähnlich wie beim Schmelzen von Eis, ist beim Verdampfen von Wasser trotz Energiezufuhr keine Temperaturerhöhung zu beobachten. Die zugeführte Energie wird zur Überführung des Wassers von ca. \({100^\circ {\rm{C}}}\) in Dampf von \({100^\circ {\rm{C}}}\) benötigt. Die auf die Masseneinheit bezogene Verdampfungsenergie wird als spezifische Verdampfungswärme \(r\) bezeichnet. In dem skizzierten Versuch wird \(r\) quantitativ bestimmt.
Aufbau und Durchführung
•Zunächst erwärmt man das im Kalorimetergefäß befindliche Wasser der Masse \(m\) (\(m = 550\,{\rm{g}}\)) mit dem Tauchsieder. Die Waage sei im Gleichgewicht. Aus dem \(t\)-\(\vartheta \)-Diagramm kann man die Wärmeleistung \(P\) des Tauchsieders bestimmen (vgl. Auswertung).
•Wenn das Wasser bei ca. \({100^\circ {\rm{C}}}\) zu sieden beginnt , ist die Waage nicht mehr ganz im Gleichgewicht, da schon etwas Wasser verdunstet bzw. verdampft ist. Mittels Tarierschrot wird wieder Gleichgewicht hergestellt.
•Nun legt man auf die rechte Waagschale eine Zusatzmasse \(\Delta m\) (\(\Delta m = 20\,{\rm{g}}\)). Die Waage neigt sich nach rechts. Bei gleichbleibender Einstellung des Tauchsieders verdampft man so lange Wasser, bis sich wieder Gleichgewicht an der Waage einstellt und misst die zugehörige Zeit \(\Delta {t_2}\).
•Aus der bekannten Wärmeleistung des Tauchsieders \(P\), aus der verdampften Wassermasse \(\Delta m\) und der Zeit \(\Delta {t_2}\) lässt sich die spezifische Verdampfungswärme \(r\) berechnen.
Beobachtung und Auswertung
Aufgabe
Wärmeleistung des Tauchsieders
Entnimm der Animation die \(t\)-\(\vartheta \)-Wertepaare und zeichne in das sich ergebende \(t\)-\(\vartheta \)-Diagramm eine Ausgleichsgerade. Ermittle aus der Geradensteigung, der Masse (\(m = 0,550{\rm{kg}}\)) des erwärmten Wassers und der spezifischen Wärmekapazität des Wassers die Wärmeleistung P des Tauchsieders.
Bestimmung der Verdampfungswärme
Bestimme aus der Wärmeleistung des Tauchsieders, der Zusatzmasse \(\Delta m = 20{\rm{g}}\) und weiteren Daten des Diagramms die spezfische Verdampfungswärme von Wasser.
Beachte: Um \(1{\rm{kg}}\) Eis von \({0^\circ {\rm{C}}}\) in \(1{\rm{kg}}\) Wasser von \({0^\circ {\rm{C}}}\) überzuführen, braucht man 335 kJ. Um \(1{\rm{kg}}\) Wasser von \({100^\circ {\rm{C}}}\) in \(1{\rm{kg}}\) Wasserdampf von \({100^\circ {\rm{C}}}\) überzuführen braucht man fast die siebenfache Energie, nämlich \(2258\rm{kJ}\).