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Berechnung des thermischen Gleichgewichts mit der Grundgleichung der Kalorimetrie

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Eine Übungsaufgabe zum thermischen Gleichgewicht, bei der
wir die Grundgleichung der Kalorimetrie anwenden wollen. Zur Erinnerung: Wärme Q und Arbeit W sind Formen des Energieaustausches und in der Regel vom Weg abhängig. Jede Volumenänderung gegen einen äußeren Druck Jede Volumenänderung gegen einen äußeren Druck ist mit einer Volumenarbeit verbunden - berechnet wird diese als - p(ex) mal dV. Sensible Wärmen lassen sich nach der Gleichung C(p) mal dT berechnen. Genau diese Gleichungen benötigen wir für die Übungsaufgabe. Wir betrachten zwei Systeme - einen Polystyrolblock (Anfangstemperatur 50°C) und Wasser (Anfangstemperatur 20°C) Wir bringen beide Systeme in thermischen Kontakt und warten, bis sich das Gleichgewicht eingestellt
hat. Beide Systeme haben dann die
gleiche Temperatur; Wärme ist geflossen. Die Grundgleichung der Kalorimetrie lautet in diesem Falle Minus aufgenommene
Wärme des Wassers gleich abgegebene
Wärme des Polystyrols. Wir verwenden zur Berechnung beider Wärmemengen die eben genannte Gleichung für sensible Wärmen. Q = Integral C dT und vergessen nicht
das negative Vorzeichen (Nach der
Vorzeichenkonvention werden aufgenommene Wärmemengen positiv und abgegebene Wärmemengen negativ gewertet) Die Integration wird einfach, denn wir nehmen konstante
Wärmekapazitäten an. und erhalten C(PC) delta(T(PS)) = -C(W) delta(T(W))
die Grundgleichung der Kalorimetrie: Wärmekapazität System 1 mal Temperaturänderung System 1 gleich minus Wärmekapazität System 2 mal Temperaturänderung System 2. Wir können ausmultiplizieren, nach der Gleichgewichtstemperatur auflösen, und erhalten diese Gleichung. Hiermit können wir die Gleichgewichtstemperatur ermitteln. Wir benötigen die Wärmekapazitäten der beiden Systeme: 2,6 kJ/K für das Polystyrol und 41,8 kJ/mol für das Wasser. Wir setzen die Temperaturen in Kelvin ein: 323,15 K für Polystyrol, 293,15 K für Wasser, erhalten eine Mischungstemperatur von 294,91 K (knapp 295 K) Das Wasser hat seine Temperatur nur um 1,76 Kelvin erhöht hat und das
Polystyrol seine Temperatur um 28,24 K reduziert hat. Die ausgetauschte
Wärmemenge lässt sich auf zwei Arten berechnen - entweder als abgegebene oder aufgenommene Wärme - wir sollten zum gleichen Ergebnis kommen.
In diesem Beispiel habe ich die abgegebene Wärmemenge
berechnet: Wärmekapazität von Polystyrol (2,6 kJ/K) mal Temperaturänderung des Polystyrols (- 28 K) gleich - 73 kJ. Das
Kalorimetrie
Kalorimetrie
Wasserbad
Polystyrol
f-Element
Kalorimetrie
Terpensynthasen
Weibliche Tote
Terpensynthasen
Polystyrol
Terpensynthasen
Delta
Molwärme
Kalorimetrie
Körpertemperatur
Terpensynthasen
Polystyrol
Molwärme
Citronensäurezyklus
Spezies <Chemie>
Polystyrol

Metadaten

Formale Metadaten

Titel Berechnung des thermischen Gleichgewichts mit der Grundgleichung der Kalorimetrie
Untertitel Übungsaufgabe 2
Serientitel Einführung in die Thermodynamik
Teil Ü 02
Autor Lauth, Günter Jakob
Mitwirkende Lauth, Anika (Medientechnik)
Lizenz CC-Namensnennung - keine kommerzielle Nutzung 3.0 Deutschland:
Sie dürfen das Werk bzw. den Inhalt zu jedem legalen und nicht-kommerziellen Zweck nutzen, verändern und in unveränderter oder veränderter Form vervielfältigen, verbreiten und öffentlich zugänglich machen, sofern Sie den Namen des Autors/Rechteinhabers in der von ihm festgelegten Weise nennen.
DOI 10.5446/15688
Herausgeber Günter Jakob Lauth (SciFox)
Erscheinungsjahr 2013
Sprache Deutsch
Produktionsjahr 2013
Produktionsort Jülich

Inhaltliche Metadaten

Fachgebiet Physik, Chemie
Schlagwörter Physikalische Chemie
Thermodynamik

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