„Wärme“ steht für die Wärmeenergie von Molekülen in einem Stoff. Wasser gefriert bei 0 Grad Celsius. Aber die Temperatur eines Eiswürfels kann weit darunter fallen. Wenn ein Eiswürfel aus einem Gefrierschrank entnommen wird, erhöht sich die Temperatur des Würfels, da er Wärme aus seiner Umgebung aufnimmt. Aber sobald der Eiswürfel 0 C erreicht, beginnt er zu schmelzen und seine Temperatur bleibt während des gesamten Schmelzvorgangs bei 0, obwohl der Eiswürfel weiterhin Wärme absorbiert. Dies geschieht, weil die vom Eiswürfel aufgenommene Wärmeenergie durch Wassermoleküle verbraucht wird, die sich beim Schmelzen voneinander trennen.
Die Wärmemenge, die ein Feststoff während seiner Schmelzphase aufnimmt, wird als latente Schmelzwärme bezeichnet und kalorimetrisch gemessen.
Stellen Sie einen leeren Styroporbecher auf eine Waage und notieren Sie die Masse des leeren Bechers in Gramm. Füllen Sie dann die Tasse mit etwa 100 Milliliter oder etwa 3,5 Unzen destilliertem Wasser. Stellen Sie die gefüllte Tasse wieder auf die Waage und notieren Sie das Gewicht von Tasse und Wasser zusammen.
Legen Sie ein Thermometer in das Wasser in der Tasse, warten Sie ca. 5 Minuten, bis das Thermometer auf Temperatur kommt thermisches Gleichgewicht mit dem Wasser, dann notieren Sie die Temperatur des Wassers als Anfangs Temperatur.
Legen Sie zwei oder drei Eiswürfel auf ein Papiertuch, um flüssiges Wasser von den Oberflächen der Würfel zu entfernen, und geben Sie die Würfel dann schnell in den Styroporbecher. Verwenden Sie das Thermometer, um die Mischung vorsichtig umzurühren. Beobachten Sie die Temperaturanzeige auf dem Thermometer. Es sollte fast sofort anfangen zu fallen. Rühren Sie weiter und notieren Sie die niedrigste auf dem Thermometer angezeigte Temperatur, bevor die Temperatur zu steigen beginnt. Notieren Sie diesen Wert als „Endtemperatur“.
Entfernen Sie das Thermometer und stellen Sie den Styroporbecher wieder auf die Waage und notieren Sie die Masse von Becher, Wasser und geschmolzenem Eis zusammen.
Bestimmen Sie die Masse des Wassers im Becher, indem Sie die Masse des leeren Bechers vom Gewicht des Bechers und des Wassers zusammen subtrahieren, wie in Schritt 1 gesammelt. Wenn beispielsweise der leere Becher 3,1 Gramm wog und der Becher und das Wasser zusammen 106,5 Gramm wogen, dann betrug die Masse des Wassers 106,5 - 3,1 = 103,4 g.
Berechnen Sie die Temperaturänderung des Wassers, indem Sie die anfängliche Wassertemperatur von der endgültigen Wassertemperatur subtrahieren. Wenn also die Anfangstemperatur 24,5 °C und die Endtemperatur 19,2 °C betrug, dann deltaT = 19,2 - 24,5 = -5,3 °C.
Berechnen Sie die dem Wasser entzogene Wärme q gemäß der Gleichung q = mc (deltaT), wobei m und deltaT die Masse und Temperatur darstellen Änderung des Wassers, und c steht für die spezifische Wärmekapazität des Wassers oder 4,184 Joule pro Gramm pro Grad Celsius oder 4,187 J/g-C. Fortsetzung des Beispiels aus den Schritten 1 und 2, q = ms (deltaT) = 103,4 g * 4,184 J/g-C * -5,3 C = -2293 J. Dies stellt die dem Wasser entzogene Wärme dar, daher sein negatives Vorzeichen. Nach den Gesetzen der Thermodynamik bedeutet dies, dass die Eiswürfel im Wasser +2293 J Wärme aufgenommen haben.
Bestimmen Sie die Masse der Eiswürfel, indem Sie die Masse der Tasse und des Wassers von der Masse der Tasse, des Wassers und der Eiswürfel zusammen subtrahieren. Wenn Tasse, Wasser und Eis zusammen 110,4 g wogen, betrug die Masse der Eiswürfel 110,4 g - 103,4 g = 7,0 g.
Ermitteln Sie die latente Schmelzwärme Lf gemäß Lf = q ÷ m, indem Sie die vom Eis aufgenommene Wärme q, wie in Schritt 3 bestimmt, durch die in Schritt 4 bestimmte Eismasse m teilen. In diesem Fall ist Lf = q/m = 2293 J ÷ 7,0 g = 328 J/g. Vergleichen Sie Ihr Versuchsergebnis mit dem akzeptierten Wert von 333,5 J/g.