Kapitel 6 Waumlrmelehre
6 Waumlrmelehre61 Wie entsteht Waumlrme
bull Handflaumlchen reibenbull Seil herunterrutschenbull Bremsen beim Fahrrad Auto Zugbull Bohren (Versuch mit Bohrmaschine Bohrer und Bohrstuumlck werden warm)
Reibungswaumlrme
Verbrennungswaumlrme
bull In Holz Oumll Gas Kohle ist chemische Energie gespeichert Sie wird bei der Verbrennung in Waumlrme umgewandeltbull Diese Waumlrme kann zum Teil fuumlr den Antrieb von Motoren verwendet werden z B Ottomotor
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Stromwaumlrme
bull Tauchsiederbull Gluumlhlampe wird heiszligbull Buumlgeleisen
Waumlrme ist eine Form von Energie
Kapitel 6 Waumlrmelehre
62 Die Natur der Waumlrme
Versuch
Glaswanne wird von Licht durchstrahlt
Ergebnis
Die Schwebeteilchen im Wasser bewegen sich
Wh 2 Klasse
Alle Koumlrper sind aus Teilchen aufgebaut Diese bewegen sich staumlndig Wir sprechen von thermischer Bewegung oder Molekularbewegung
Die Teilchen haben kinetische Energie (Bewegungsenergie)
Die kinetische Energie aller Teilchen eines Koumlrpers ergibt seine Waumlrmeenergie
Die Einheit der Waumlrmeenergie ist das Joule
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Waumlrme breitet sich von alleine aus
Koumlrper 1 Koumlrper 2
Temperatur 1 Temperatur 2
Waumlrme geht von selbst immer von einem Koumlrper houmlherer Temperatur zu einem Koumlrper niederer Temperatur
Teilchen im waumlrmeren Koumlrper werden langsamer die im kaumllteren schnellerEs kommt zu einem Ausgleich
Problem Manche Flaschen und Glaumlser mit metallischen Schraubverschluumlssen lassen sich nicht oumlffnenLoumlsung Wir stellen die Flasche oder das Glas in warmes Wasser Dadurch erhoumlht sich der Innendruck und das Oumlffnen geht leicht
Kapitel 6 Waumlrmelehre
621 Die spezifische Waumlrme
Versuch Erwaumlrmung einer bestimmten Wassermenge mit dem Tauchsieder
Dauer Masse Temperaturerhoumlhung
90 s 400g
45 s 400g
45 s 200g
Die spezifische Waumlrme eines Koumlrpers ist jene Waumlrmemenge die noumltig ist um 1 kg eines Stoffes um 1 degC zu erwaumlrmen
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Stoff spez Waumlrme JkgdegC
Wasser 4187
Eis 2100
Aluminium 850
Kupfer 380
Eisen 460
Blei 130
Fuumlhre Aufgabe 24 und 25 Seite 6 aus
Q = 1kg 4187 JkgdegC middot 25 = 104675 J = 104675 kJ
1 kJ = 1000 J
Q = 1kg 4187 JkgdegC middot 82 = 343334 J =343334 kJ
Zu 25 Wasser hat eine groszlige spezifische Waumlrme und kann daher viel Waumlrmeenergie speichern
Kapitel 6 Waumlrmelehre
AlFe Pb
3 Kegel aus verschiedenen Materialien - aber gleicher Masse und gleichem Oumlffnungswinkel - werden uumlber 70degC erwaumlrmt anschlieszligend in Wachs getaucht
Versuch
Uumlberlege was passiert
Kapitel 6 Waumlrmelehre
AlFe Pb
AlFe Pb
3 Kegel aus verschiedenen Materialien - aber gleicher Masse und gleichem Oumlffnungswinkel - werden uumlber 70degC erwaumlrmt anschlieszligend in Wachs getaucht
Ergebnis Der Al-Kegel dringt am tiefsten ein der Blei-Kegel am wenigsten Begruumlndung spez Waumlrme von Al am houmlchsten von den 3 Stoffen
Versuch
Kapitel 6 Waumlrmelehre
63 Waumlrmeuumlbertragung
Cu Fe1 2 3 4 5 6
631 Waumlrmeleitung
Versuch
Ergebnis Die Kuumlgelchen fallen in der Reihenfolge helliphelliphelliphelliphelliphellip
Waumlrme schreitet im Koumlrper von Teilchen zu Teilchen fort
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Gute Waumlrmeleiter
Metalle
Anwendung Kuumlhlrippen Kochtopf Heizkoumlrper aus Metall hellip
Schlechte Waumlrmeleiter (Isolatoren)
Sie sollen den Waumlrmetransport verhindern
Holz Stoffe Kunststoffe
Steinwolle Styropor Kork zum Daumlmmen von Gebaumluden
Verbundglasfenster mit Luftschicht als Isolator
Fluumlssigkeiten
Gase
Buch Seite 8 Aufg 31 und 32
31 Ummantelung mit Steinwolle oder Schaumgummi32 Bakelit bzw Kunststoff
Kapitel 6 Waumlrmelehre
632 Waumlrmestroumlmung
Bei der Waumlrmestroumlmung bewegen sich die Teilchen in einer Richtung
Das waumlrmere Wasser hat eine geringere Dichte als das kaumlltere und steigt daher hoch
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Anwendungen zur Waumlrmestroumlmung
Kaminwirkung
Die warmen Abgase steigen nach oben
Zentralheizung
Luumlften von Raumlumen (warme Luft geht beim Fenster oben hinaus kalte sinkt herein)
Aufwinde an Suumldhaumlngen
Vgl B S 13
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Aufgabe Buch Seite 9 Aufg 41 und 42
Zu 41 Luft zirkuliert im Zimmer
Zu 42 Decke weil sich dort die warme Luft ansammelt
Golfstrom warme Meeresstroumlmung im noumlrdlichen Atlantik Der Golfstrom entsteht aus der Vereinigung von Florida- und Antillenstrom noumlrdlich der Bahamainseln und erstreckt sich bis suumldlich der Neufundlandbank Dort flieszligt ein groszliger Teil des Golfstroms nach Suumldosten und spaumlter nach Suumldwesten und bleibt im Nordamerikanischen Becken Der verbleibende Teil umstroumlmt die Neufundlandbank und beginnt als Nordatlantischer Strom in Richtung Europa zu flieszligen Das von ihm mitgefuumlhrte Wasser erhoumlht die Wasser- und Lufttemperaturen vor Nordwesteuropa
Zu 43
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Beispielebull Sonnenenergie durch das
Weltallbull Heizstrahler im Badbull Starker Scheinwerferbull Strahlung eines Kachelofens
633 Waumlrmestrahlung
Breitet sich die Waumlrme ohne ein Medium aus sprechen wir von Waumlrmestrahlung
Die Strahlung breitet sich geradlinig aus
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Versuch zur Waumlrmestrahlung
Dunkle und raue Koumlrper absorbieren mehr Waumlrme Sie strahlen auch mehr Waumlrme ab als glatte und helle
degC degC
schwarz silbrig
Anwendung Sonnenkollektor In ihm wird die Sonnenstrahlung verwendet um Wasser zu erwaumlrmenDie Aufstellung sollte nach Suumlden sein Sehr guumlnstig 45deg Neigung
bull Schwarzes Blech wird schneller heiszlig
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Schema einer thermischen Solaranlage
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Die Erwaumlrmung einer Flaumlche haumlngt vom Einfallswinkel der Waumlrmestrahlen ab
l
l
Auf dieselbe Flaumlche fallen bei schraumlgem Einfall weniger Strahlen
Damit laumlsst sich auch Sommer - Winter erklaumlren
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Zusammenfassung S 11 abschreiben
Seite 11 Aufgabe 51 Weiszlige (helle) Kleider52 Schmelzen53 Dass die Strahlen reflektiert werden
Fuumlhre die Aufgaben S 11 Nr 51 52 und 53 aus
Aufbau einer Thermoskanne
Metall wegen Reflexion der StrahlenGlas schlechter WaumlrmeleiterVakuum Schlechter Waumlrmeleiter Verhindert Waumlrmestroumlmung
Kapitel 6 Waumlrmelehre
64 Brennstoffe und ihr HeizwertLies B S 12
Fossile Brennstoffe Holz Kohle Heizoumll Erdgas Propangas uswSie sind alle durch die Sonnenstrahlung entstanden (Wachstum der Pflanzen)
Sie geben bei der Verbrennung um so mehr Waumlrme ab je mehr sie Kohlenstoff enthalten
Um die Brennstoffe vergleichen zu koumlnnen wird der Heizwert eingefuumlhrt
Der Heizwert eines Stoffes ist jene Energie die bei der Verbrennung von 1kg dieses Stoffes frei wird
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Stoff Heizwert in kJkg
Holz 15000
Koks 30000
Benzin 42000
Propangas (ca 05 m3) 50000
Heizoumll extra leicht (Diesel) 42000
Der Heizwert eines Stoffes ist jene Energie die bei der Verbrennung von 1kg dieses Stoffes frei wird
Probleme Die Erdoumll- Erdgas und Kohlevorraumlte die bereits vor Millionen von Jahren entstanden sind werden erst seit dem 18 Jahrhundert in groszligen Mengen abgebautWenn der Energieverbrauch auf dem derzeitigen Niveau bleibt werden die Erdoumllreserven noch ca 50 - 100 Jahre reichen
Die fossilen Brennstoffe setzen bei der Verbrennung das Treibhausgas CO2 frei das zu einer Klimaveraumlnderung fuumlhrt
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Die fossilen Brennstoffe setzen bei der Verbrennung das Treibhausgas CO2 frei das zu einer Klimaveraumlnderung fuumlhrt
Energie moumlglichst sparsam einsetzen Alternativenergien mehr foumlrdern
bull Solare Brauchwasserbereitungbull Nutzung der Sonnenenergie zum Heizenbull Waumlrmepumpenbull Isolieren von Gebaumluden
Kapitel 6 Waumlrmelehre
65 HeizsystemeLies Buch S 13
Fruumlher Ofen (Holz Kohle) fuumlr jedes ZimmerHeute meist Warmwasser-Zentralheizung
Wasser wird im Heizkessel erwaumlrmt und mit einer Umwaumllzpumpe in die Heizkoumlrper transportiert (Vorlauf) Das Wasser gibt im Heizkoumlrper seine Waumlrme ab und flieszligt uumlber den Ruumlcklauf in den Heizkessel Die Beheizung des Heizkessels kann mit Holz Kohle Oumll Gas erfolgen Billiger und umweltfreundlicher ist der Betrieb einer Waumlrmepumpe (Anschaffung ist teurer) Mit einem Einsatz von 1 kWh bekommt man 4 kWh an Waumlrmeenergie (34 kommen aus der Umgebung) Heizsystem muss passen (niedere Vorlauftemperatur (max 55degC))
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Alternative Beheizungen
bull Kachelofen (mit Umluft auch fuumlr mehrere Raumlume verwendbar)bull Warmluftkollektoren mit Geroumlllspeicherbull Sonnenkollektoren sind houmlchstens als Vorheizung im Winter
geeignetbull Fuumlr die Bereitung von Warmwasser sind sie fuumlr das
Sommerhalbjahr aber ideal (April - Sept) Man kann damit 60 des Warmwasserbedarfs decken
Hausuumlbung Preise fuumlr Gas Heizoumll und Kohle erfragen Heizkosten fuumlr Einfamilienhaus pro Heizsaison Herausfinden welches Heizsystem zuhause verwendet wird
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Erhebung Heizsysteme
Flaumlche
ieWaumlrmeenerg
Art der Heizung
Verbrauchte Heizmaterialmenge (Liter msup3 kwh)
Heizwert des Heizmaterials
Waumlrmeenergie = Heizwert x Menge
Flaumlcheninhalt der beheizten Flaumlche
bdquoEnergiekennzahlldquo =
Anzahl der Personen
Energieverbrauch pro Person
Art der Warmwasserbereitung (elektr Sonne mit Heizung)
Ist die Warmwasserbereitung in der obigen Heizmaterialmenge enthalten
Kapitel 6 Waumlrmelehre
66 Brandbekaumlmpfung Lies Buch S 14
Voraussetzungen fuumlr Verbrennung
Brennbarer Stoff und Sauerstoff
Ein Maszlig fuumlr die Feuergefaumlhrlichkeit eines Stoffes ist sein Flammpunkt Darunter versteht man jene Temperatur von der an sich das Gemisch aus dem Dampf des brennbaren Stoffes mit der Luft entzuumlnden laumlsst
Flammpunkte Ether -40degCBenzin -20degCDieseloumll 55degC
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Brandbekaumlmpfung
bull Abkuumlhlen der brennbaren Stoffe z B mit Wasser Achtung nicht bei brennenden Fluumlssigkeiten
bull Verhindern der Sauerstoffzufuhr feuchte Decken uumlber den brennenden Koumlrper Feuerloumlscher ist meist mit Kohlendioxid gefuumlllt (verhindert Luftzufuhr)
Feuerwehr 122Rettung 144Gendarmerie 133
Kapitel 6 Waumlrmelehre
67 Zustandsaumlnderungen
Alle Gegenstaumlnde werden als Koumlrper bezeichnet
Sie treten in verschiedenen Zustandsformen auf
Festkoumlrper
Fluumlssigkeiten
Gase
fluumlssig
fest
gasfoumlrmig
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Eiswuumlrfel in die Hand nehmen Er wird allmaumlhlich zu Wasser Dazu ist Waumlrme noumltigZum Sieden ist ebenfalls Waumlrme noumltig
Aggregatzustandsaumlnderungen
Festkoumlrper
Gas
Fluumlssigkeit
Schmelzen
Erstarren
Sublimieren
Resublimieren Verdampfen
Kondensieren
Uumlberlegungen
Die Uumlbergaumlnge sind mit Waumlrmezufuhr bzw mit Waumlrmeabgabe verbunden
Auch Aumlnderungen des Druckes koumlnnen zu Aggregatzustandsaumlnde-rungen fuumlhrenz B Propangas wird in Flaschen unter sehr hohen Druck gesetzt dadurch wird es dort fluumlssig
Kapitel 6 Waumlrmelehre
671 Schmelzen und ErstarrenVersuch
1 Liter Wasser mit 80degC und 1 kg Eis werden zusammengemischt Vgl Abb 111 Seite 17
Ergebnis
Es entstehen 2 kg Wasser mit einer Temperatur von 0degC
Wir berechnen die eingesetzte Waumlrmeenergie
Um Wasser von 0degC auf 80degC zu erwaumlrmen benoumltigen wir 80middot4187 kJ = 33496 kJ
Diese Waumlrme benoumltigen wir fuumlr das Schmelzen von 1kg Eis
Die Schmelzwaumlrme eines Stoffes ist jene Waumlrmeenergie die noumltig ist um 1kg eines Stoffes beim Schmelzpunkt vom festen in den fluumlssigen Zustand zu bringen
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Die Schmelzwaumlrme des Eises betraumlgt 335 kJkg
Diese Waumlrme ist im Vergleich zu anderen Stoffen ziemlich groszlig
Beim Uumlbergang vom fluumlssigen in den festen Zustand wird die Erstarrungswaumlrme freiDie Erstarrungswaumlrme ist gleich groszlig wie die Schmelzwaumlrme
Anwendung Frostbekaumlmpfung Lies B S 17 Abb 112
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Volumsaumlnderungen beim Schmelzen und Erstarren
Versuch1
Paraffin erstarren lassen rarr Es zieht sich zusammen
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Versuch2
Kaumlltemischung mit drei Teilen Eis und einem Teil Kochsalz herstellen Eine Eprouvette mit 10 cm Wassersaumlule langsam hineingeben
rarr Wasser erstarrt und dehnt sich um ca 111 des Volumens aus
Die meisten Stoffe dehnen sich beim Schmelzen aus und ziehen sich beim Erstarren zusammen
Ausnahme Wasser Das Wasser dehnt sich beim Gefrieren
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Bedeutung in der Natur Uumlberlege Aufgaben 111 bis 115 B S 18
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Loumlten und Schweiszligen
Lies Buch Seite 19
Metalle koumlnnen durch Loumlten bzw Schweiszligen miteinander verbunden werden
Kapitel 6 Waumlrmelehre
672 Anomalie des Wassers Die meisten Fluumlssigkeiten beanspruchen bei houmlherer Temperatur ein groumlszligeres Volumen (Sie dehnen sich aus vgl Fluumlssigkeitsthermometer)
degC
degC
4degC
0degC
Bei Wasser zeigt sich zwischen 0degC und 4degC ein anderes Verhalten
Versuch
Hohes Glas mit Wasser und zerkleinertem Eis gefuumlllt Gut mischen
2 Thermometer T1 taucht bis zum Boden ein T2 taucht bis zur schwimmenden Eisschicht ein
Ergebnis T1 zeigt 4degC T2 zeigt 0degC
Folgerung Das Wasser mit der groumlszligeren Dichte sammelt sich unten an
Wasser hat bei 4degC seine groumlszligte Dichte und sein kleinstes Volumen
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Hausuumlbung Abb 132 Seite 20 zeichnen (beide Bilder)Die Anomalie des Wassers hat eine groszlige Bedeutung fuumlr die Wasserlebewesen Wasser gefriert von oben zu Tiefe Gewaumlsser gefrieren nie bis zum Boden
Winter Sommer
Kapitel 6 Waumlrmelehre
673 Verdampfen Sieden Verdunsten
Sieden erfolgt bei einer ganz bestimmten Temperatur
Wh Wie haben wir die Temperatureinheit Grad Celsius festgelegt
Verdunsten erfolgt bei beliebiger Temperatur (Ist ein Vorgang an der Oberflaumlche der Fluumlssigkeit)
Wir haben gelernt Wasser siedet bei Normaldruck (1013 mbar) bei 100degC
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Gibt man Wasser in einen abgeschlossenen Topf und erhitzt es so siedet es erst bei houmlherer Temperatur
Grund Der Druck ist houmlher und erhoumlht damit den Siedepunkt
Anwendung Dampfdruckkochtopf (Schnellkochtopf) (Achtung Sicherheitsventil noumltig)Dort sieden die Speisen erst bei etwa 125 degC Dies hat den Vorteil dass die Speisen schneller gar werden (Lebenswichtige Vitamine und Mineralsalze bleiben erhalten)
Die Siedetemperatur haumlngt vom Druck ab Bei houmlherem Druck wird sie houmlher bei geringerem erniedrigt sie sich
Abhaumlngigkeit der Siedetemperatur vom Druck
Versuch Becherglas mit Wasser von Zimmertemperatur gefuumlllt unter Vakuumpumpe
Ergebnis Wasser siedet bei sehr kleinem Druck bereits bei Zimmertemperatur
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Die Verdampfungswaumlrme
Beim Sieden stellt man fest dass man beim Siedepunkt staumlndig Waumlrme zufuumlhrt ohne dass sich die Temperatur erhoumlht
Diese Waumlrmeenergie wird benoumltigt dass sich der Dampf ausdehnen kann Er benoumltigt ein viel groumlszligeres Volumen als die Fluumlssigkeit
(1 dmsup3 Wasser rarr 1700 dmsup3 Dampf) Zwischen den Dampfmolekuumllen herrschen fast keine Molekularkraumlfte
Die Verdampfungswaumlrme ist jene Waumlrmeenergie die noumltig ist um 1kg einer Fluumlssigkeit beim Siedepunkt in den dampffoumlrmigen Zustand zu bringen
Beim Verdunsten haben wir die Verdunstungskaumllte
Die Verdampfungswaumlrme des Wassers betraumlgt 2260 kJkg
Vergleiche Tabelle Buch S 22
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Versuch Uhrglas auf Korken mit Wassertropfen stellen In das Uhrglas ein paar Tropfen Aumlther gieszligen und rasch mit Geblaumlse zum Verdunsten bringen
Versuch Wattebausch in Spiritus oder Aumlther eintauchen und um ein Thermometer wickelnErgebnis Es kuumlhlt ab
Ergebnis Es bildet sich eine Eisschicht infolge der Verdunstungskaumllte
Aufgaben 141 bis 146 Buch Seite 22
Kapitel 6 Waumlrmelehre
674 Verfluumlssigung (Kondensation)Uumlbergang Gasfoumlrmig rarr fluumlssig
Dies wird durch Abkuumlhlen erreicht
Versuch Wir bringen in einem Kolben Wasser zum Sieden Den Wasserdampf leiten wir in ein Gefaumlszlig mit kaltem Wasser dessen Masse und Temperatur wir vorher bestimmt haben
Nach einer gewissen Zeit messen wir wieder die Temperatur des Wassers und die Masse
Die Masse hat nur wenig zugenommen die Temperatur verhaumlltnismaumlszligig viel
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Versuchsergebnis 3f Klasse (27 3 2008)m1 = 2724 g = 02724 kgt1 = 209 degCm2 = 2922 g = 02922 kgt2 = 352 degCmD = 00198 kg Masse des Wasserdampfs der kondensiert istΔT = 143 degC
Waumlrmemenge um m1 um ΔT zu erwaumlrmen
Q1 = 4187middot02724middot143 = 163097 J
Waumlrmemenge die der kondensierte Wasserdampf mD beim Abkuumlhlen von 100degC auf 352 degC abgegeben hat
Q2 = 4187middot00198middot648 = 53721 J ist viel weniger
Der groumlszligere Teil stammt von der Kondensationswaumlrme QK = 109376 J
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Destillieren
Als Destillieren bezeichnet man das Verdampfen einer Fluumlssigkeit und das anschlieszligende VerfluumlssigenDiese Methode kann verwendet werden um Fluumlssigkeitsgemische mit verschiedenem Siedepunkt zu trennen bzw zu reinigen
Beispiele Schnaps-Brennen Fraktionierte Destillation des Erdoumlls
Fuumlhre Aufgabe 151 B S 23 aus
Kapitel 6 Waumlrmelehre
675 Die Waumlrmepumpe
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Vorgaumlnge bei der Waumlrmepumpe 1 Verdampfen
Fluumlssiges Kaumlltemittel wird bei niederem Druck verdampft Die Verdampfungs-waumlrme wird der Umgebung entzogen (Grundwasser Fluss Erdreich Luft )
2 Verdichten Der Kompressor saugt das dampffoumlrmige Kaumlltemittel an und verdichtet es Dabei erwaumlrmt es sich bleibt aber dampffoumlrmig
3 Verfluumlssigen Der uumlberhitzte Dampf wird vom Verfluumlssiger abgekuumlhlt Dabei kondensiert das Kaumlltemittel und gibt die Kondensationswaumlrme ab Der Verfluumlssiger wird fuumlr den Heizkreislauf verwendet
4 Entspannen Das Expansionsventil gleicht den Druckunterschied aus Das jetzt wieder fluumlssige Kaumlltemittel gelangt in den Verdampfer zuruumlck
Vorgang 1 bis 4 wiederholt sich rarrKreisprozess
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Versuch
Wir erwaumlrmen 5 kg Wasser
Temperatur Elektrische Energie
vorher 25degC
nachher 50degC
∆T = 25degC 25degC 6394 Wh
Erhaltene Waumlrmeenergie Q = 41875 25 = 523375 J = 14538 Wh
Guumlteziffer Erhaltene Energie hineingesteckte EnergieGuumlteziffer = 145386394= 227
Das heiszligt Wir erhalten doppelt soviel wie wir hineingesteckt haben
Bei heutigen Waumlrmepumpen erzielen wir die Guumlteziffern von 4
Bemerkung Der Kuumlhlschrank ist eine umgekehrt betriebene Waumlrmepumpe
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Stromwaumlrme
bull Tauchsiederbull Gluumlhlampe wird heiszligbull Buumlgeleisen
Waumlrme ist eine Form von Energie
Kapitel 6 Waumlrmelehre
62 Die Natur der Waumlrme
Versuch
Glaswanne wird von Licht durchstrahlt
Ergebnis
Die Schwebeteilchen im Wasser bewegen sich
Wh 2 Klasse
Alle Koumlrper sind aus Teilchen aufgebaut Diese bewegen sich staumlndig Wir sprechen von thermischer Bewegung oder Molekularbewegung
Die Teilchen haben kinetische Energie (Bewegungsenergie)
Die kinetische Energie aller Teilchen eines Koumlrpers ergibt seine Waumlrmeenergie
Die Einheit der Waumlrmeenergie ist das Joule
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Waumlrme breitet sich von alleine aus
Koumlrper 1 Koumlrper 2
Temperatur 1 Temperatur 2
Waumlrme geht von selbst immer von einem Koumlrper houmlherer Temperatur zu einem Koumlrper niederer Temperatur
Teilchen im waumlrmeren Koumlrper werden langsamer die im kaumllteren schnellerEs kommt zu einem Ausgleich
Problem Manche Flaschen und Glaumlser mit metallischen Schraubverschluumlssen lassen sich nicht oumlffnenLoumlsung Wir stellen die Flasche oder das Glas in warmes Wasser Dadurch erhoumlht sich der Innendruck und das Oumlffnen geht leicht
Kapitel 6 Waumlrmelehre
621 Die spezifische Waumlrme
Versuch Erwaumlrmung einer bestimmten Wassermenge mit dem Tauchsieder
Dauer Masse Temperaturerhoumlhung
90 s 400g
45 s 400g
45 s 200g
Die spezifische Waumlrme eines Koumlrpers ist jene Waumlrmemenge die noumltig ist um 1 kg eines Stoffes um 1 degC zu erwaumlrmen
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Stoff spez Waumlrme JkgdegC
Wasser 4187
Eis 2100
Aluminium 850
Kupfer 380
Eisen 460
Blei 130
Fuumlhre Aufgabe 24 und 25 Seite 6 aus
Q = 1kg 4187 JkgdegC middot 25 = 104675 J = 104675 kJ
1 kJ = 1000 J
Q = 1kg 4187 JkgdegC middot 82 = 343334 J =343334 kJ
Zu 25 Wasser hat eine groszlige spezifische Waumlrme und kann daher viel Waumlrmeenergie speichern
Kapitel 6 Waumlrmelehre
AlFe Pb
3 Kegel aus verschiedenen Materialien - aber gleicher Masse und gleichem Oumlffnungswinkel - werden uumlber 70degC erwaumlrmt anschlieszligend in Wachs getaucht
Versuch
Uumlberlege was passiert
Kapitel 6 Waumlrmelehre
AlFe Pb
AlFe Pb
3 Kegel aus verschiedenen Materialien - aber gleicher Masse und gleichem Oumlffnungswinkel - werden uumlber 70degC erwaumlrmt anschlieszligend in Wachs getaucht
Ergebnis Der Al-Kegel dringt am tiefsten ein der Blei-Kegel am wenigsten Begruumlndung spez Waumlrme von Al am houmlchsten von den 3 Stoffen
Versuch
Kapitel 6 Waumlrmelehre
63 Waumlrmeuumlbertragung
Cu Fe1 2 3 4 5 6
631 Waumlrmeleitung
Versuch
Ergebnis Die Kuumlgelchen fallen in der Reihenfolge helliphelliphelliphelliphelliphellip
Waumlrme schreitet im Koumlrper von Teilchen zu Teilchen fort
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Gute Waumlrmeleiter
Metalle
Anwendung Kuumlhlrippen Kochtopf Heizkoumlrper aus Metall hellip
Schlechte Waumlrmeleiter (Isolatoren)
Sie sollen den Waumlrmetransport verhindern
Holz Stoffe Kunststoffe
Steinwolle Styropor Kork zum Daumlmmen von Gebaumluden
Verbundglasfenster mit Luftschicht als Isolator
Fluumlssigkeiten
Gase
Buch Seite 8 Aufg 31 und 32
31 Ummantelung mit Steinwolle oder Schaumgummi32 Bakelit bzw Kunststoff
Kapitel 6 Waumlrmelehre
632 Waumlrmestroumlmung
Bei der Waumlrmestroumlmung bewegen sich die Teilchen in einer Richtung
Das waumlrmere Wasser hat eine geringere Dichte als das kaumlltere und steigt daher hoch
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Anwendungen zur Waumlrmestroumlmung
Kaminwirkung
Die warmen Abgase steigen nach oben
Zentralheizung
Luumlften von Raumlumen (warme Luft geht beim Fenster oben hinaus kalte sinkt herein)
Aufwinde an Suumldhaumlngen
Vgl B S 13
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Aufgabe Buch Seite 9 Aufg 41 und 42
Zu 41 Luft zirkuliert im Zimmer
Zu 42 Decke weil sich dort die warme Luft ansammelt
Golfstrom warme Meeresstroumlmung im noumlrdlichen Atlantik Der Golfstrom entsteht aus der Vereinigung von Florida- und Antillenstrom noumlrdlich der Bahamainseln und erstreckt sich bis suumldlich der Neufundlandbank Dort flieszligt ein groszliger Teil des Golfstroms nach Suumldosten und spaumlter nach Suumldwesten und bleibt im Nordamerikanischen Becken Der verbleibende Teil umstroumlmt die Neufundlandbank und beginnt als Nordatlantischer Strom in Richtung Europa zu flieszligen Das von ihm mitgefuumlhrte Wasser erhoumlht die Wasser- und Lufttemperaturen vor Nordwesteuropa
Zu 43
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Beispielebull Sonnenenergie durch das
Weltallbull Heizstrahler im Badbull Starker Scheinwerferbull Strahlung eines Kachelofens
633 Waumlrmestrahlung
Breitet sich die Waumlrme ohne ein Medium aus sprechen wir von Waumlrmestrahlung
Die Strahlung breitet sich geradlinig aus
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Versuch zur Waumlrmestrahlung
Dunkle und raue Koumlrper absorbieren mehr Waumlrme Sie strahlen auch mehr Waumlrme ab als glatte und helle
degC degC
schwarz silbrig
Anwendung Sonnenkollektor In ihm wird die Sonnenstrahlung verwendet um Wasser zu erwaumlrmenDie Aufstellung sollte nach Suumlden sein Sehr guumlnstig 45deg Neigung
bull Schwarzes Blech wird schneller heiszlig
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Schema einer thermischen Solaranlage
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Die Erwaumlrmung einer Flaumlche haumlngt vom Einfallswinkel der Waumlrmestrahlen ab
l
l
Auf dieselbe Flaumlche fallen bei schraumlgem Einfall weniger Strahlen
Damit laumlsst sich auch Sommer - Winter erklaumlren
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Zusammenfassung S 11 abschreiben
Seite 11 Aufgabe 51 Weiszlige (helle) Kleider52 Schmelzen53 Dass die Strahlen reflektiert werden
Fuumlhre die Aufgaben S 11 Nr 51 52 und 53 aus
Aufbau einer Thermoskanne
Metall wegen Reflexion der StrahlenGlas schlechter WaumlrmeleiterVakuum Schlechter Waumlrmeleiter Verhindert Waumlrmestroumlmung
Kapitel 6 Waumlrmelehre
64 Brennstoffe und ihr HeizwertLies B S 12
Fossile Brennstoffe Holz Kohle Heizoumll Erdgas Propangas uswSie sind alle durch die Sonnenstrahlung entstanden (Wachstum der Pflanzen)
Sie geben bei der Verbrennung um so mehr Waumlrme ab je mehr sie Kohlenstoff enthalten
Um die Brennstoffe vergleichen zu koumlnnen wird der Heizwert eingefuumlhrt
Der Heizwert eines Stoffes ist jene Energie die bei der Verbrennung von 1kg dieses Stoffes frei wird
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Stoff Heizwert in kJkg
Holz 15000
Koks 30000
Benzin 42000
Propangas (ca 05 m3) 50000
Heizoumll extra leicht (Diesel) 42000
Der Heizwert eines Stoffes ist jene Energie die bei der Verbrennung von 1kg dieses Stoffes frei wird
Probleme Die Erdoumll- Erdgas und Kohlevorraumlte die bereits vor Millionen von Jahren entstanden sind werden erst seit dem 18 Jahrhundert in groszligen Mengen abgebautWenn der Energieverbrauch auf dem derzeitigen Niveau bleibt werden die Erdoumllreserven noch ca 50 - 100 Jahre reichen
Die fossilen Brennstoffe setzen bei der Verbrennung das Treibhausgas CO2 frei das zu einer Klimaveraumlnderung fuumlhrt
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Die fossilen Brennstoffe setzen bei der Verbrennung das Treibhausgas CO2 frei das zu einer Klimaveraumlnderung fuumlhrt
Energie moumlglichst sparsam einsetzen Alternativenergien mehr foumlrdern
bull Solare Brauchwasserbereitungbull Nutzung der Sonnenenergie zum Heizenbull Waumlrmepumpenbull Isolieren von Gebaumluden
Kapitel 6 Waumlrmelehre
65 HeizsystemeLies Buch S 13
Fruumlher Ofen (Holz Kohle) fuumlr jedes ZimmerHeute meist Warmwasser-Zentralheizung
Wasser wird im Heizkessel erwaumlrmt und mit einer Umwaumllzpumpe in die Heizkoumlrper transportiert (Vorlauf) Das Wasser gibt im Heizkoumlrper seine Waumlrme ab und flieszligt uumlber den Ruumlcklauf in den Heizkessel Die Beheizung des Heizkessels kann mit Holz Kohle Oumll Gas erfolgen Billiger und umweltfreundlicher ist der Betrieb einer Waumlrmepumpe (Anschaffung ist teurer) Mit einem Einsatz von 1 kWh bekommt man 4 kWh an Waumlrmeenergie (34 kommen aus der Umgebung) Heizsystem muss passen (niedere Vorlauftemperatur (max 55degC))
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Alternative Beheizungen
bull Kachelofen (mit Umluft auch fuumlr mehrere Raumlume verwendbar)bull Warmluftkollektoren mit Geroumlllspeicherbull Sonnenkollektoren sind houmlchstens als Vorheizung im Winter
geeignetbull Fuumlr die Bereitung von Warmwasser sind sie fuumlr das
Sommerhalbjahr aber ideal (April - Sept) Man kann damit 60 des Warmwasserbedarfs decken
Hausuumlbung Preise fuumlr Gas Heizoumll und Kohle erfragen Heizkosten fuumlr Einfamilienhaus pro Heizsaison Herausfinden welches Heizsystem zuhause verwendet wird
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Erhebung Heizsysteme
Flaumlche
ieWaumlrmeenerg
Art der Heizung
Verbrauchte Heizmaterialmenge (Liter msup3 kwh)
Heizwert des Heizmaterials
Waumlrmeenergie = Heizwert x Menge
Flaumlcheninhalt der beheizten Flaumlche
bdquoEnergiekennzahlldquo =
Anzahl der Personen
Energieverbrauch pro Person
Art der Warmwasserbereitung (elektr Sonne mit Heizung)
Ist die Warmwasserbereitung in der obigen Heizmaterialmenge enthalten
Kapitel 6 Waumlrmelehre
66 Brandbekaumlmpfung Lies Buch S 14
Voraussetzungen fuumlr Verbrennung
Brennbarer Stoff und Sauerstoff
Ein Maszlig fuumlr die Feuergefaumlhrlichkeit eines Stoffes ist sein Flammpunkt Darunter versteht man jene Temperatur von der an sich das Gemisch aus dem Dampf des brennbaren Stoffes mit der Luft entzuumlnden laumlsst
Flammpunkte Ether -40degCBenzin -20degCDieseloumll 55degC
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Brandbekaumlmpfung
bull Abkuumlhlen der brennbaren Stoffe z B mit Wasser Achtung nicht bei brennenden Fluumlssigkeiten
bull Verhindern der Sauerstoffzufuhr feuchte Decken uumlber den brennenden Koumlrper Feuerloumlscher ist meist mit Kohlendioxid gefuumlllt (verhindert Luftzufuhr)
Feuerwehr 122Rettung 144Gendarmerie 133
Kapitel 6 Waumlrmelehre
67 Zustandsaumlnderungen
Alle Gegenstaumlnde werden als Koumlrper bezeichnet
Sie treten in verschiedenen Zustandsformen auf
Festkoumlrper
Fluumlssigkeiten
Gase
fluumlssig
fest
gasfoumlrmig
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Eiswuumlrfel in die Hand nehmen Er wird allmaumlhlich zu Wasser Dazu ist Waumlrme noumltigZum Sieden ist ebenfalls Waumlrme noumltig
Aggregatzustandsaumlnderungen
Festkoumlrper
Gas
Fluumlssigkeit
Schmelzen
Erstarren
Sublimieren
Resublimieren Verdampfen
Kondensieren
Uumlberlegungen
Die Uumlbergaumlnge sind mit Waumlrmezufuhr bzw mit Waumlrmeabgabe verbunden
Auch Aumlnderungen des Druckes koumlnnen zu Aggregatzustandsaumlnde-rungen fuumlhrenz B Propangas wird in Flaschen unter sehr hohen Druck gesetzt dadurch wird es dort fluumlssig
Kapitel 6 Waumlrmelehre
671 Schmelzen und ErstarrenVersuch
1 Liter Wasser mit 80degC und 1 kg Eis werden zusammengemischt Vgl Abb 111 Seite 17
Ergebnis
Es entstehen 2 kg Wasser mit einer Temperatur von 0degC
Wir berechnen die eingesetzte Waumlrmeenergie
Um Wasser von 0degC auf 80degC zu erwaumlrmen benoumltigen wir 80middot4187 kJ = 33496 kJ
Diese Waumlrme benoumltigen wir fuumlr das Schmelzen von 1kg Eis
Die Schmelzwaumlrme eines Stoffes ist jene Waumlrmeenergie die noumltig ist um 1kg eines Stoffes beim Schmelzpunkt vom festen in den fluumlssigen Zustand zu bringen
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Die Schmelzwaumlrme des Eises betraumlgt 335 kJkg
Diese Waumlrme ist im Vergleich zu anderen Stoffen ziemlich groszlig
Beim Uumlbergang vom fluumlssigen in den festen Zustand wird die Erstarrungswaumlrme freiDie Erstarrungswaumlrme ist gleich groszlig wie die Schmelzwaumlrme
Anwendung Frostbekaumlmpfung Lies B S 17 Abb 112
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Volumsaumlnderungen beim Schmelzen und Erstarren
Versuch1
Paraffin erstarren lassen rarr Es zieht sich zusammen
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Versuch2
Kaumlltemischung mit drei Teilen Eis und einem Teil Kochsalz herstellen Eine Eprouvette mit 10 cm Wassersaumlule langsam hineingeben
rarr Wasser erstarrt und dehnt sich um ca 111 des Volumens aus
Die meisten Stoffe dehnen sich beim Schmelzen aus und ziehen sich beim Erstarren zusammen
Ausnahme Wasser Das Wasser dehnt sich beim Gefrieren
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Bedeutung in der Natur Uumlberlege Aufgaben 111 bis 115 B S 18
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Loumlten und Schweiszligen
Lies Buch Seite 19
Metalle koumlnnen durch Loumlten bzw Schweiszligen miteinander verbunden werden
Kapitel 6 Waumlrmelehre
672 Anomalie des Wassers Die meisten Fluumlssigkeiten beanspruchen bei houmlherer Temperatur ein groumlszligeres Volumen (Sie dehnen sich aus vgl Fluumlssigkeitsthermometer)
degC
degC
4degC
0degC
Bei Wasser zeigt sich zwischen 0degC und 4degC ein anderes Verhalten
Versuch
Hohes Glas mit Wasser und zerkleinertem Eis gefuumlllt Gut mischen
2 Thermometer T1 taucht bis zum Boden ein T2 taucht bis zur schwimmenden Eisschicht ein
Ergebnis T1 zeigt 4degC T2 zeigt 0degC
Folgerung Das Wasser mit der groumlszligeren Dichte sammelt sich unten an
Wasser hat bei 4degC seine groumlszligte Dichte und sein kleinstes Volumen
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Hausuumlbung Abb 132 Seite 20 zeichnen (beide Bilder)Die Anomalie des Wassers hat eine groszlige Bedeutung fuumlr die Wasserlebewesen Wasser gefriert von oben zu Tiefe Gewaumlsser gefrieren nie bis zum Boden
Winter Sommer
Kapitel 6 Waumlrmelehre
673 Verdampfen Sieden Verdunsten
Sieden erfolgt bei einer ganz bestimmten Temperatur
Wh Wie haben wir die Temperatureinheit Grad Celsius festgelegt
Verdunsten erfolgt bei beliebiger Temperatur (Ist ein Vorgang an der Oberflaumlche der Fluumlssigkeit)
Wir haben gelernt Wasser siedet bei Normaldruck (1013 mbar) bei 100degC
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Gibt man Wasser in einen abgeschlossenen Topf und erhitzt es so siedet es erst bei houmlherer Temperatur
Grund Der Druck ist houmlher und erhoumlht damit den Siedepunkt
Anwendung Dampfdruckkochtopf (Schnellkochtopf) (Achtung Sicherheitsventil noumltig)Dort sieden die Speisen erst bei etwa 125 degC Dies hat den Vorteil dass die Speisen schneller gar werden (Lebenswichtige Vitamine und Mineralsalze bleiben erhalten)
Die Siedetemperatur haumlngt vom Druck ab Bei houmlherem Druck wird sie houmlher bei geringerem erniedrigt sie sich
Abhaumlngigkeit der Siedetemperatur vom Druck
Versuch Becherglas mit Wasser von Zimmertemperatur gefuumlllt unter Vakuumpumpe
Ergebnis Wasser siedet bei sehr kleinem Druck bereits bei Zimmertemperatur
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Die Verdampfungswaumlrme
Beim Sieden stellt man fest dass man beim Siedepunkt staumlndig Waumlrme zufuumlhrt ohne dass sich die Temperatur erhoumlht
Diese Waumlrmeenergie wird benoumltigt dass sich der Dampf ausdehnen kann Er benoumltigt ein viel groumlszligeres Volumen als die Fluumlssigkeit
(1 dmsup3 Wasser rarr 1700 dmsup3 Dampf) Zwischen den Dampfmolekuumllen herrschen fast keine Molekularkraumlfte
Die Verdampfungswaumlrme ist jene Waumlrmeenergie die noumltig ist um 1kg einer Fluumlssigkeit beim Siedepunkt in den dampffoumlrmigen Zustand zu bringen
Beim Verdunsten haben wir die Verdunstungskaumllte
Die Verdampfungswaumlrme des Wassers betraumlgt 2260 kJkg
Vergleiche Tabelle Buch S 22
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Versuch Uhrglas auf Korken mit Wassertropfen stellen In das Uhrglas ein paar Tropfen Aumlther gieszligen und rasch mit Geblaumlse zum Verdunsten bringen
Versuch Wattebausch in Spiritus oder Aumlther eintauchen und um ein Thermometer wickelnErgebnis Es kuumlhlt ab
Ergebnis Es bildet sich eine Eisschicht infolge der Verdunstungskaumllte
Aufgaben 141 bis 146 Buch Seite 22
Kapitel 6 Waumlrmelehre
674 Verfluumlssigung (Kondensation)Uumlbergang Gasfoumlrmig rarr fluumlssig
Dies wird durch Abkuumlhlen erreicht
Versuch Wir bringen in einem Kolben Wasser zum Sieden Den Wasserdampf leiten wir in ein Gefaumlszlig mit kaltem Wasser dessen Masse und Temperatur wir vorher bestimmt haben
Nach einer gewissen Zeit messen wir wieder die Temperatur des Wassers und die Masse
Die Masse hat nur wenig zugenommen die Temperatur verhaumlltnismaumlszligig viel
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Versuchsergebnis 3f Klasse (27 3 2008)m1 = 2724 g = 02724 kgt1 = 209 degCm2 = 2922 g = 02922 kgt2 = 352 degCmD = 00198 kg Masse des Wasserdampfs der kondensiert istΔT = 143 degC
Waumlrmemenge um m1 um ΔT zu erwaumlrmen
Q1 = 4187middot02724middot143 = 163097 J
Waumlrmemenge die der kondensierte Wasserdampf mD beim Abkuumlhlen von 100degC auf 352 degC abgegeben hat
Q2 = 4187middot00198middot648 = 53721 J ist viel weniger
Der groumlszligere Teil stammt von der Kondensationswaumlrme QK = 109376 J
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Destillieren
Als Destillieren bezeichnet man das Verdampfen einer Fluumlssigkeit und das anschlieszligende VerfluumlssigenDiese Methode kann verwendet werden um Fluumlssigkeitsgemische mit verschiedenem Siedepunkt zu trennen bzw zu reinigen
Beispiele Schnaps-Brennen Fraktionierte Destillation des Erdoumlls
Fuumlhre Aufgabe 151 B S 23 aus
Kapitel 6 Waumlrmelehre
675 Die Waumlrmepumpe
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Vorgaumlnge bei der Waumlrmepumpe 1 Verdampfen
Fluumlssiges Kaumlltemittel wird bei niederem Druck verdampft Die Verdampfungs-waumlrme wird der Umgebung entzogen (Grundwasser Fluss Erdreich Luft )
2 Verdichten Der Kompressor saugt das dampffoumlrmige Kaumlltemittel an und verdichtet es Dabei erwaumlrmt es sich bleibt aber dampffoumlrmig
3 Verfluumlssigen Der uumlberhitzte Dampf wird vom Verfluumlssiger abgekuumlhlt Dabei kondensiert das Kaumlltemittel und gibt die Kondensationswaumlrme ab Der Verfluumlssiger wird fuumlr den Heizkreislauf verwendet
4 Entspannen Das Expansionsventil gleicht den Druckunterschied aus Das jetzt wieder fluumlssige Kaumlltemittel gelangt in den Verdampfer zuruumlck
Vorgang 1 bis 4 wiederholt sich rarrKreisprozess
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Versuch
Wir erwaumlrmen 5 kg Wasser
Temperatur Elektrische Energie
vorher 25degC
nachher 50degC
∆T = 25degC 25degC 6394 Wh
Erhaltene Waumlrmeenergie Q = 41875 25 = 523375 J = 14538 Wh
Guumlteziffer Erhaltene Energie hineingesteckte EnergieGuumlteziffer = 145386394= 227
Das heiszligt Wir erhalten doppelt soviel wie wir hineingesteckt haben
Bei heutigen Waumlrmepumpen erzielen wir die Guumlteziffern von 4
Bemerkung Der Kuumlhlschrank ist eine umgekehrt betriebene Waumlrmepumpe
Kapitel 6 Waumlrmelehre
62 Die Natur der Waumlrme
Versuch
Glaswanne wird von Licht durchstrahlt
Ergebnis
Die Schwebeteilchen im Wasser bewegen sich
Wh 2 Klasse
Alle Koumlrper sind aus Teilchen aufgebaut Diese bewegen sich staumlndig Wir sprechen von thermischer Bewegung oder Molekularbewegung
Die Teilchen haben kinetische Energie (Bewegungsenergie)
Die kinetische Energie aller Teilchen eines Koumlrpers ergibt seine Waumlrmeenergie
Die Einheit der Waumlrmeenergie ist das Joule
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Waumlrme breitet sich von alleine aus
Koumlrper 1 Koumlrper 2
Temperatur 1 Temperatur 2
Waumlrme geht von selbst immer von einem Koumlrper houmlherer Temperatur zu einem Koumlrper niederer Temperatur
Teilchen im waumlrmeren Koumlrper werden langsamer die im kaumllteren schnellerEs kommt zu einem Ausgleich
Problem Manche Flaschen und Glaumlser mit metallischen Schraubverschluumlssen lassen sich nicht oumlffnenLoumlsung Wir stellen die Flasche oder das Glas in warmes Wasser Dadurch erhoumlht sich der Innendruck und das Oumlffnen geht leicht
Kapitel 6 Waumlrmelehre
621 Die spezifische Waumlrme
Versuch Erwaumlrmung einer bestimmten Wassermenge mit dem Tauchsieder
Dauer Masse Temperaturerhoumlhung
90 s 400g
45 s 400g
45 s 200g
Die spezifische Waumlrme eines Koumlrpers ist jene Waumlrmemenge die noumltig ist um 1 kg eines Stoffes um 1 degC zu erwaumlrmen
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Stoff spez Waumlrme JkgdegC
Wasser 4187
Eis 2100
Aluminium 850
Kupfer 380
Eisen 460
Blei 130
Fuumlhre Aufgabe 24 und 25 Seite 6 aus
Q = 1kg 4187 JkgdegC middot 25 = 104675 J = 104675 kJ
1 kJ = 1000 J
Q = 1kg 4187 JkgdegC middot 82 = 343334 J =343334 kJ
Zu 25 Wasser hat eine groszlige spezifische Waumlrme und kann daher viel Waumlrmeenergie speichern
Kapitel 6 Waumlrmelehre
AlFe Pb
3 Kegel aus verschiedenen Materialien - aber gleicher Masse und gleichem Oumlffnungswinkel - werden uumlber 70degC erwaumlrmt anschlieszligend in Wachs getaucht
Versuch
Uumlberlege was passiert
Kapitel 6 Waumlrmelehre
AlFe Pb
AlFe Pb
3 Kegel aus verschiedenen Materialien - aber gleicher Masse und gleichem Oumlffnungswinkel - werden uumlber 70degC erwaumlrmt anschlieszligend in Wachs getaucht
Ergebnis Der Al-Kegel dringt am tiefsten ein der Blei-Kegel am wenigsten Begruumlndung spez Waumlrme von Al am houmlchsten von den 3 Stoffen
Versuch
Kapitel 6 Waumlrmelehre
63 Waumlrmeuumlbertragung
Cu Fe1 2 3 4 5 6
631 Waumlrmeleitung
Versuch
Ergebnis Die Kuumlgelchen fallen in der Reihenfolge helliphelliphelliphelliphelliphellip
Waumlrme schreitet im Koumlrper von Teilchen zu Teilchen fort
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Gute Waumlrmeleiter
Metalle
Anwendung Kuumlhlrippen Kochtopf Heizkoumlrper aus Metall hellip
Schlechte Waumlrmeleiter (Isolatoren)
Sie sollen den Waumlrmetransport verhindern
Holz Stoffe Kunststoffe
Steinwolle Styropor Kork zum Daumlmmen von Gebaumluden
Verbundglasfenster mit Luftschicht als Isolator
Fluumlssigkeiten
Gase
Buch Seite 8 Aufg 31 und 32
31 Ummantelung mit Steinwolle oder Schaumgummi32 Bakelit bzw Kunststoff
Kapitel 6 Waumlrmelehre
632 Waumlrmestroumlmung
Bei der Waumlrmestroumlmung bewegen sich die Teilchen in einer Richtung
Das waumlrmere Wasser hat eine geringere Dichte als das kaumlltere und steigt daher hoch
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Anwendungen zur Waumlrmestroumlmung
Kaminwirkung
Die warmen Abgase steigen nach oben
Zentralheizung
Luumlften von Raumlumen (warme Luft geht beim Fenster oben hinaus kalte sinkt herein)
Aufwinde an Suumldhaumlngen
Vgl B S 13
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Aufgabe Buch Seite 9 Aufg 41 und 42
Zu 41 Luft zirkuliert im Zimmer
Zu 42 Decke weil sich dort die warme Luft ansammelt
Golfstrom warme Meeresstroumlmung im noumlrdlichen Atlantik Der Golfstrom entsteht aus der Vereinigung von Florida- und Antillenstrom noumlrdlich der Bahamainseln und erstreckt sich bis suumldlich der Neufundlandbank Dort flieszligt ein groszliger Teil des Golfstroms nach Suumldosten und spaumlter nach Suumldwesten und bleibt im Nordamerikanischen Becken Der verbleibende Teil umstroumlmt die Neufundlandbank und beginnt als Nordatlantischer Strom in Richtung Europa zu flieszligen Das von ihm mitgefuumlhrte Wasser erhoumlht die Wasser- und Lufttemperaturen vor Nordwesteuropa
Zu 43
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Beispielebull Sonnenenergie durch das
Weltallbull Heizstrahler im Badbull Starker Scheinwerferbull Strahlung eines Kachelofens
633 Waumlrmestrahlung
Breitet sich die Waumlrme ohne ein Medium aus sprechen wir von Waumlrmestrahlung
Die Strahlung breitet sich geradlinig aus
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Versuch zur Waumlrmestrahlung
Dunkle und raue Koumlrper absorbieren mehr Waumlrme Sie strahlen auch mehr Waumlrme ab als glatte und helle
degC degC
schwarz silbrig
Anwendung Sonnenkollektor In ihm wird die Sonnenstrahlung verwendet um Wasser zu erwaumlrmenDie Aufstellung sollte nach Suumlden sein Sehr guumlnstig 45deg Neigung
bull Schwarzes Blech wird schneller heiszlig
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Schema einer thermischen Solaranlage
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Die Erwaumlrmung einer Flaumlche haumlngt vom Einfallswinkel der Waumlrmestrahlen ab
l
l
Auf dieselbe Flaumlche fallen bei schraumlgem Einfall weniger Strahlen
Damit laumlsst sich auch Sommer - Winter erklaumlren
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Zusammenfassung S 11 abschreiben
Seite 11 Aufgabe 51 Weiszlige (helle) Kleider52 Schmelzen53 Dass die Strahlen reflektiert werden
Fuumlhre die Aufgaben S 11 Nr 51 52 und 53 aus
Aufbau einer Thermoskanne
Metall wegen Reflexion der StrahlenGlas schlechter WaumlrmeleiterVakuum Schlechter Waumlrmeleiter Verhindert Waumlrmestroumlmung
Kapitel 6 Waumlrmelehre
64 Brennstoffe und ihr HeizwertLies B S 12
Fossile Brennstoffe Holz Kohle Heizoumll Erdgas Propangas uswSie sind alle durch die Sonnenstrahlung entstanden (Wachstum der Pflanzen)
Sie geben bei der Verbrennung um so mehr Waumlrme ab je mehr sie Kohlenstoff enthalten
Um die Brennstoffe vergleichen zu koumlnnen wird der Heizwert eingefuumlhrt
Der Heizwert eines Stoffes ist jene Energie die bei der Verbrennung von 1kg dieses Stoffes frei wird
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Stoff Heizwert in kJkg
Holz 15000
Koks 30000
Benzin 42000
Propangas (ca 05 m3) 50000
Heizoumll extra leicht (Diesel) 42000
Der Heizwert eines Stoffes ist jene Energie die bei der Verbrennung von 1kg dieses Stoffes frei wird
Probleme Die Erdoumll- Erdgas und Kohlevorraumlte die bereits vor Millionen von Jahren entstanden sind werden erst seit dem 18 Jahrhundert in groszligen Mengen abgebautWenn der Energieverbrauch auf dem derzeitigen Niveau bleibt werden die Erdoumllreserven noch ca 50 - 100 Jahre reichen
Die fossilen Brennstoffe setzen bei der Verbrennung das Treibhausgas CO2 frei das zu einer Klimaveraumlnderung fuumlhrt
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Die fossilen Brennstoffe setzen bei der Verbrennung das Treibhausgas CO2 frei das zu einer Klimaveraumlnderung fuumlhrt
Energie moumlglichst sparsam einsetzen Alternativenergien mehr foumlrdern
bull Solare Brauchwasserbereitungbull Nutzung der Sonnenenergie zum Heizenbull Waumlrmepumpenbull Isolieren von Gebaumluden
Kapitel 6 Waumlrmelehre
65 HeizsystemeLies Buch S 13
Fruumlher Ofen (Holz Kohle) fuumlr jedes ZimmerHeute meist Warmwasser-Zentralheizung
Wasser wird im Heizkessel erwaumlrmt und mit einer Umwaumllzpumpe in die Heizkoumlrper transportiert (Vorlauf) Das Wasser gibt im Heizkoumlrper seine Waumlrme ab und flieszligt uumlber den Ruumlcklauf in den Heizkessel Die Beheizung des Heizkessels kann mit Holz Kohle Oumll Gas erfolgen Billiger und umweltfreundlicher ist der Betrieb einer Waumlrmepumpe (Anschaffung ist teurer) Mit einem Einsatz von 1 kWh bekommt man 4 kWh an Waumlrmeenergie (34 kommen aus der Umgebung) Heizsystem muss passen (niedere Vorlauftemperatur (max 55degC))
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Alternative Beheizungen
bull Kachelofen (mit Umluft auch fuumlr mehrere Raumlume verwendbar)bull Warmluftkollektoren mit Geroumlllspeicherbull Sonnenkollektoren sind houmlchstens als Vorheizung im Winter
geeignetbull Fuumlr die Bereitung von Warmwasser sind sie fuumlr das
Sommerhalbjahr aber ideal (April - Sept) Man kann damit 60 des Warmwasserbedarfs decken
Hausuumlbung Preise fuumlr Gas Heizoumll und Kohle erfragen Heizkosten fuumlr Einfamilienhaus pro Heizsaison Herausfinden welches Heizsystem zuhause verwendet wird
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Erhebung Heizsysteme
Flaumlche
ieWaumlrmeenerg
Art der Heizung
Verbrauchte Heizmaterialmenge (Liter msup3 kwh)
Heizwert des Heizmaterials
Waumlrmeenergie = Heizwert x Menge
Flaumlcheninhalt der beheizten Flaumlche
bdquoEnergiekennzahlldquo =
Anzahl der Personen
Energieverbrauch pro Person
Art der Warmwasserbereitung (elektr Sonne mit Heizung)
Ist die Warmwasserbereitung in der obigen Heizmaterialmenge enthalten
Kapitel 6 Waumlrmelehre
66 Brandbekaumlmpfung Lies Buch S 14
Voraussetzungen fuumlr Verbrennung
Brennbarer Stoff und Sauerstoff
Ein Maszlig fuumlr die Feuergefaumlhrlichkeit eines Stoffes ist sein Flammpunkt Darunter versteht man jene Temperatur von der an sich das Gemisch aus dem Dampf des brennbaren Stoffes mit der Luft entzuumlnden laumlsst
Flammpunkte Ether -40degCBenzin -20degCDieseloumll 55degC
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Brandbekaumlmpfung
bull Abkuumlhlen der brennbaren Stoffe z B mit Wasser Achtung nicht bei brennenden Fluumlssigkeiten
bull Verhindern der Sauerstoffzufuhr feuchte Decken uumlber den brennenden Koumlrper Feuerloumlscher ist meist mit Kohlendioxid gefuumlllt (verhindert Luftzufuhr)
Feuerwehr 122Rettung 144Gendarmerie 133
Kapitel 6 Waumlrmelehre
67 Zustandsaumlnderungen
Alle Gegenstaumlnde werden als Koumlrper bezeichnet
Sie treten in verschiedenen Zustandsformen auf
Festkoumlrper
Fluumlssigkeiten
Gase
fluumlssig
fest
gasfoumlrmig
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Eiswuumlrfel in die Hand nehmen Er wird allmaumlhlich zu Wasser Dazu ist Waumlrme noumltigZum Sieden ist ebenfalls Waumlrme noumltig
Aggregatzustandsaumlnderungen
Festkoumlrper
Gas
Fluumlssigkeit
Schmelzen
Erstarren
Sublimieren
Resublimieren Verdampfen
Kondensieren
Uumlberlegungen
Die Uumlbergaumlnge sind mit Waumlrmezufuhr bzw mit Waumlrmeabgabe verbunden
Auch Aumlnderungen des Druckes koumlnnen zu Aggregatzustandsaumlnde-rungen fuumlhrenz B Propangas wird in Flaschen unter sehr hohen Druck gesetzt dadurch wird es dort fluumlssig
Kapitel 6 Waumlrmelehre
671 Schmelzen und ErstarrenVersuch
1 Liter Wasser mit 80degC und 1 kg Eis werden zusammengemischt Vgl Abb 111 Seite 17
Ergebnis
Es entstehen 2 kg Wasser mit einer Temperatur von 0degC
Wir berechnen die eingesetzte Waumlrmeenergie
Um Wasser von 0degC auf 80degC zu erwaumlrmen benoumltigen wir 80middot4187 kJ = 33496 kJ
Diese Waumlrme benoumltigen wir fuumlr das Schmelzen von 1kg Eis
Die Schmelzwaumlrme eines Stoffes ist jene Waumlrmeenergie die noumltig ist um 1kg eines Stoffes beim Schmelzpunkt vom festen in den fluumlssigen Zustand zu bringen
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Die Schmelzwaumlrme des Eises betraumlgt 335 kJkg
Diese Waumlrme ist im Vergleich zu anderen Stoffen ziemlich groszlig
Beim Uumlbergang vom fluumlssigen in den festen Zustand wird die Erstarrungswaumlrme freiDie Erstarrungswaumlrme ist gleich groszlig wie die Schmelzwaumlrme
Anwendung Frostbekaumlmpfung Lies B S 17 Abb 112
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Volumsaumlnderungen beim Schmelzen und Erstarren
Versuch1
Paraffin erstarren lassen rarr Es zieht sich zusammen
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Versuch2
Kaumlltemischung mit drei Teilen Eis und einem Teil Kochsalz herstellen Eine Eprouvette mit 10 cm Wassersaumlule langsam hineingeben
rarr Wasser erstarrt und dehnt sich um ca 111 des Volumens aus
Die meisten Stoffe dehnen sich beim Schmelzen aus und ziehen sich beim Erstarren zusammen
Ausnahme Wasser Das Wasser dehnt sich beim Gefrieren
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Bedeutung in der Natur Uumlberlege Aufgaben 111 bis 115 B S 18
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Loumlten und Schweiszligen
Lies Buch Seite 19
Metalle koumlnnen durch Loumlten bzw Schweiszligen miteinander verbunden werden
Kapitel 6 Waumlrmelehre
672 Anomalie des Wassers Die meisten Fluumlssigkeiten beanspruchen bei houmlherer Temperatur ein groumlszligeres Volumen (Sie dehnen sich aus vgl Fluumlssigkeitsthermometer)
degC
degC
4degC
0degC
Bei Wasser zeigt sich zwischen 0degC und 4degC ein anderes Verhalten
Versuch
Hohes Glas mit Wasser und zerkleinertem Eis gefuumlllt Gut mischen
2 Thermometer T1 taucht bis zum Boden ein T2 taucht bis zur schwimmenden Eisschicht ein
Ergebnis T1 zeigt 4degC T2 zeigt 0degC
Folgerung Das Wasser mit der groumlszligeren Dichte sammelt sich unten an
Wasser hat bei 4degC seine groumlszligte Dichte und sein kleinstes Volumen
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Hausuumlbung Abb 132 Seite 20 zeichnen (beide Bilder)Die Anomalie des Wassers hat eine groszlige Bedeutung fuumlr die Wasserlebewesen Wasser gefriert von oben zu Tiefe Gewaumlsser gefrieren nie bis zum Boden
Winter Sommer
Kapitel 6 Waumlrmelehre
673 Verdampfen Sieden Verdunsten
Sieden erfolgt bei einer ganz bestimmten Temperatur
Wh Wie haben wir die Temperatureinheit Grad Celsius festgelegt
Verdunsten erfolgt bei beliebiger Temperatur (Ist ein Vorgang an der Oberflaumlche der Fluumlssigkeit)
Wir haben gelernt Wasser siedet bei Normaldruck (1013 mbar) bei 100degC
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Gibt man Wasser in einen abgeschlossenen Topf und erhitzt es so siedet es erst bei houmlherer Temperatur
Grund Der Druck ist houmlher und erhoumlht damit den Siedepunkt
Anwendung Dampfdruckkochtopf (Schnellkochtopf) (Achtung Sicherheitsventil noumltig)Dort sieden die Speisen erst bei etwa 125 degC Dies hat den Vorteil dass die Speisen schneller gar werden (Lebenswichtige Vitamine und Mineralsalze bleiben erhalten)
Die Siedetemperatur haumlngt vom Druck ab Bei houmlherem Druck wird sie houmlher bei geringerem erniedrigt sie sich
Abhaumlngigkeit der Siedetemperatur vom Druck
Versuch Becherglas mit Wasser von Zimmertemperatur gefuumlllt unter Vakuumpumpe
Ergebnis Wasser siedet bei sehr kleinem Druck bereits bei Zimmertemperatur
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Die Verdampfungswaumlrme
Beim Sieden stellt man fest dass man beim Siedepunkt staumlndig Waumlrme zufuumlhrt ohne dass sich die Temperatur erhoumlht
Diese Waumlrmeenergie wird benoumltigt dass sich der Dampf ausdehnen kann Er benoumltigt ein viel groumlszligeres Volumen als die Fluumlssigkeit
(1 dmsup3 Wasser rarr 1700 dmsup3 Dampf) Zwischen den Dampfmolekuumllen herrschen fast keine Molekularkraumlfte
Die Verdampfungswaumlrme ist jene Waumlrmeenergie die noumltig ist um 1kg einer Fluumlssigkeit beim Siedepunkt in den dampffoumlrmigen Zustand zu bringen
Beim Verdunsten haben wir die Verdunstungskaumllte
Die Verdampfungswaumlrme des Wassers betraumlgt 2260 kJkg
Vergleiche Tabelle Buch S 22
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Versuch Uhrglas auf Korken mit Wassertropfen stellen In das Uhrglas ein paar Tropfen Aumlther gieszligen und rasch mit Geblaumlse zum Verdunsten bringen
Versuch Wattebausch in Spiritus oder Aumlther eintauchen und um ein Thermometer wickelnErgebnis Es kuumlhlt ab
Ergebnis Es bildet sich eine Eisschicht infolge der Verdunstungskaumllte
Aufgaben 141 bis 146 Buch Seite 22
Kapitel 6 Waumlrmelehre
674 Verfluumlssigung (Kondensation)Uumlbergang Gasfoumlrmig rarr fluumlssig
Dies wird durch Abkuumlhlen erreicht
Versuch Wir bringen in einem Kolben Wasser zum Sieden Den Wasserdampf leiten wir in ein Gefaumlszlig mit kaltem Wasser dessen Masse und Temperatur wir vorher bestimmt haben
Nach einer gewissen Zeit messen wir wieder die Temperatur des Wassers und die Masse
Die Masse hat nur wenig zugenommen die Temperatur verhaumlltnismaumlszligig viel
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Versuchsergebnis 3f Klasse (27 3 2008)m1 = 2724 g = 02724 kgt1 = 209 degCm2 = 2922 g = 02922 kgt2 = 352 degCmD = 00198 kg Masse des Wasserdampfs der kondensiert istΔT = 143 degC
Waumlrmemenge um m1 um ΔT zu erwaumlrmen
Q1 = 4187middot02724middot143 = 163097 J
Waumlrmemenge die der kondensierte Wasserdampf mD beim Abkuumlhlen von 100degC auf 352 degC abgegeben hat
Q2 = 4187middot00198middot648 = 53721 J ist viel weniger
Der groumlszligere Teil stammt von der Kondensationswaumlrme QK = 109376 J
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Destillieren
Als Destillieren bezeichnet man das Verdampfen einer Fluumlssigkeit und das anschlieszligende VerfluumlssigenDiese Methode kann verwendet werden um Fluumlssigkeitsgemische mit verschiedenem Siedepunkt zu trennen bzw zu reinigen
Beispiele Schnaps-Brennen Fraktionierte Destillation des Erdoumlls
Fuumlhre Aufgabe 151 B S 23 aus
Kapitel 6 Waumlrmelehre
675 Die Waumlrmepumpe
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Vorgaumlnge bei der Waumlrmepumpe 1 Verdampfen
Fluumlssiges Kaumlltemittel wird bei niederem Druck verdampft Die Verdampfungs-waumlrme wird der Umgebung entzogen (Grundwasser Fluss Erdreich Luft )
2 Verdichten Der Kompressor saugt das dampffoumlrmige Kaumlltemittel an und verdichtet es Dabei erwaumlrmt es sich bleibt aber dampffoumlrmig
3 Verfluumlssigen Der uumlberhitzte Dampf wird vom Verfluumlssiger abgekuumlhlt Dabei kondensiert das Kaumlltemittel und gibt die Kondensationswaumlrme ab Der Verfluumlssiger wird fuumlr den Heizkreislauf verwendet
4 Entspannen Das Expansionsventil gleicht den Druckunterschied aus Das jetzt wieder fluumlssige Kaumlltemittel gelangt in den Verdampfer zuruumlck
Vorgang 1 bis 4 wiederholt sich rarrKreisprozess
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Versuch
Wir erwaumlrmen 5 kg Wasser
Temperatur Elektrische Energie
vorher 25degC
nachher 50degC
∆T = 25degC 25degC 6394 Wh
Erhaltene Waumlrmeenergie Q = 41875 25 = 523375 J = 14538 Wh
Guumlteziffer Erhaltene Energie hineingesteckte EnergieGuumlteziffer = 145386394= 227
Das heiszligt Wir erhalten doppelt soviel wie wir hineingesteckt haben
Bei heutigen Waumlrmepumpen erzielen wir die Guumlteziffern von 4
Bemerkung Der Kuumlhlschrank ist eine umgekehrt betriebene Waumlrmepumpe
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Waumlrme breitet sich von alleine aus
Koumlrper 1 Koumlrper 2
Temperatur 1 Temperatur 2
Waumlrme geht von selbst immer von einem Koumlrper houmlherer Temperatur zu einem Koumlrper niederer Temperatur
Teilchen im waumlrmeren Koumlrper werden langsamer die im kaumllteren schnellerEs kommt zu einem Ausgleich
Problem Manche Flaschen und Glaumlser mit metallischen Schraubverschluumlssen lassen sich nicht oumlffnenLoumlsung Wir stellen die Flasche oder das Glas in warmes Wasser Dadurch erhoumlht sich der Innendruck und das Oumlffnen geht leicht
Kapitel 6 Waumlrmelehre
621 Die spezifische Waumlrme
Versuch Erwaumlrmung einer bestimmten Wassermenge mit dem Tauchsieder
Dauer Masse Temperaturerhoumlhung
90 s 400g
45 s 400g
45 s 200g
Die spezifische Waumlrme eines Koumlrpers ist jene Waumlrmemenge die noumltig ist um 1 kg eines Stoffes um 1 degC zu erwaumlrmen
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Stoff spez Waumlrme JkgdegC
Wasser 4187
Eis 2100
Aluminium 850
Kupfer 380
Eisen 460
Blei 130
Fuumlhre Aufgabe 24 und 25 Seite 6 aus
Q = 1kg 4187 JkgdegC middot 25 = 104675 J = 104675 kJ
1 kJ = 1000 J
Q = 1kg 4187 JkgdegC middot 82 = 343334 J =343334 kJ
Zu 25 Wasser hat eine groszlige spezifische Waumlrme und kann daher viel Waumlrmeenergie speichern
Kapitel 6 Waumlrmelehre
AlFe Pb
3 Kegel aus verschiedenen Materialien - aber gleicher Masse und gleichem Oumlffnungswinkel - werden uumlber 70degC erwaumlrmt anschlieszligend in Wachs getaucht
Versuch
Uumlberlege was passiert
Kapitel 6 Waumlrmelehre
AlFe Pb
AlFe Pb
3 Kegel aus verschiedenen Materialien - aber gleicher Masse und gleichem Oumlffnungswinkel - werden uumlber 70degC erwaumlrmt anschlieszligend in Wachs getaucht
Ergebnis Der Al-Kegel dringt am tiefsten ein der Blei-Kegel am wenigsten Begruumlndung spez Waumlrme von Al am houmlchsten von den 3 Stoffen
Versuch
Kapitel 6 Waumlrmelehre
63 Waumlrmeuumlbertragung
Cu Fe1 2 3 4 5 6
631 Waumlrmeleitung
Versuch
Ergebnis Die Kuumlgelchen fallen in der Reihenfolge helliphelliphelliphelliphelliphellip
Waumlrme schreitet im Koumlrper von Teilchen zu Teilchen fort
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Gute Waumlrmeleiter
Metalle
Anwendung Kuumlhlrippen Kochtopf Heizkoumlrper aus Metall hellip
Schlechte Waumlrmeleiter (Isolatoren)
Sie sollen den Waumlrmetransport verhindern
Holz Stoffe Kunststoffe
Steinwolle Styropor Kork zum Daumlmmen von Gebaumluden
Verbundglasfenster mit Luftschicht als Isolator
Fluumlssigkeiten
Gase
Buch Seite 8 Aufg 31 und 32
31 Ummantelung mit Steinwolle oder Schaumgummi32 Bakelit bzw Kunststoff
Kapitel 6 Waumlrmelehre
632 Waumlrmestroumlmung
Bei der Waumlrmestroumlmung bewegen sich die Teilchen in einer Richtung
Das waumlrmere Wasser hat eine geringere Dichte als das kaumlltere und steigt daher hoch
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Anwendungen zur Waumlrmestroumlmung
Kaminwirkung
Die warmen Abgase steigen nach oben
Zentralheizung
Luumlften von Raumlumen (warme Luft geht beim Fenster oben hinaus kalte sinkt herein)
Aufwinde an Suumldhaumlngen
Vgl B S 13
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Aufgabe Buch Seite 9 Aufg 41 und 42
Zu 41 Luft zirkuliert im Zimmer
Zu 42 Decke weil sich dort die warme Luft ansammelt
Golfstrom warme Meeresstroumlmung im noumlrdlichen Atlantik Der Golfstrom entsteht aus der Vereinigung von Florida- und Antillenstrom noumlrdlich der Bahamainseln und erstreckt sich bis suumldlich der Neufundlandbank Dort flieszligt ein groszliger Teil des Golfstroms nach Suumldosten und spaumlter nach Suumldwesten und bleibt im Nordamerikanischen Becken Der verbleibende Teil umstroumlmt die Neufundlandbank und beginnt als Nordatlantischer Strom in Richtung Europa zu flieszligen Das von ihm mitgefuumlhrte Wasser erhoumlht die Wasser- und Lufttemperaturen vor Nordwesteuropa
Zu 43
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Beispielebull Sonnenenergie durch das
Weltallbull Heizstrahler im Badbull Starker Scheinwerferbull Strahlung eines Kachelofens
633 Waumlrmestrahlung
Breitet sich die Waumlrme ohne ein Medium aus sprechen wir von Waumlrmestrahlung
Die Strahlung breitet sich geradlinig aus
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Versuch zur Waumlrmestrahlung
Dunkle und raue Koumlrper absorbieren mehr Waumlrme Sie strahlen auch mehr Waumlrme ab als glatte und helle
degC degC
schwarz silbrig
Anwendung Sonnenkollektor In ihm wird die Sonnenstrahlung verwendet um Wasser zu erwaumlrmenDie Aufstellung sollte nach Suumlden sein Sehr guumlnstig 45deg Neigung
bull Schwarzes Blech wird schneller heiszlig
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Schema einer thermischen Solaranlage
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Die Erwaumlrmung einer Flaumlche haumlngt vom Einfallswinkel der Waumlrmestrahlen ab
l
l
Auf dieselbe Flaumlche fallen bei schraumlgem Einfall weniger Strahlen
Damit laumlsst sich auch Sommer - Winter erklaumlren
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Zusammenfassung S 11 abschreiben
Seite 11 Aufgabe 51 Weiszlige (helle) Kleider52 Schmelzen53 Dass die Strahlen reflektiert werden
Fuumlhre die Aufgaben S 11 Nr 51 52 und 53 aus
Aufbau einer Thermoskanne
Metall wegen Reflexion der StrahlenGlas schlechter WaumlrmeleiterVakuum Schlechter Waumlrmeleiter Verhindert Waumlrmestroumlmung
Kapitel 6 Waumlrmelehre
64 Brennstoffe und ihr HeizwertLies B S 12
Fossile Brennstoffe Holz Kohle Heizoumll Erdgas Propangas uswSie sind alle durch die Sonnenstrahlung entstanden (Wachstum der Pflanzen)
Sie geben bei der Verbrennung um so mehr Waumlrme ab je mehr sie Kohlenstoff enthalten
Um die Brennstoffe vergleichen zu koumlnnen wird der Heizwert eingefuumlhrt
Der Heizwert eines Stoffes ist jene Energie die bei der Verbrennung von 1kg dieses Stoffes frei wird
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Stoff Heizwert in kJkg
Holz 15000
Koks 30000
Benzin 42000
Propangas (ca 05 m3) 50000
Heizoumll extra leicht (Diesel) 42000
Der Heizwert eines Stoffes ist jene Energie die bei der Verbrennung von 1kg dieses Stoffes frei wird
Probleme Die Erdoumll- Erdgas und Kohlevorraumlte die bereits vor Millionen von Jahren entstanden sind werden erst seit dem 18 Jahrhundert in groszligen Mengen abgebautWenn der Energieverbrauch auf dem derzeitigen Niveau bleibt werden die Erdoumllreserven noch ca 50 - 100 Jahre reichen
Die fossilen Brennstoffe setzen bei der Verbrennung das Treibhausgas CO2 frei das zu einer Klimaveraumlnderung fuumlhrt
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Die fossilen Brennstoffe setzen bei der Verbrennung das Treibhausgas CO2 frei das zu einer Klimaveraumlnderung fuumlhrt
Energie moumlglichst sparsam einsetzen Alternativenergien mehr foumlrdern
bull Solare Brauchwasserbereitungbull Nutzung der Sonnenenergie zum Heizenbull Waumlrmepumpenbull Isolieren von Gebaumluden
Kapitel 6 Waumlrmelehre
65 HeizsystemeLies Buch S 13
Fruumlher Ofen (Holz Kohle) fuumlr jedes ZimmerHeute meist Warmwasser-Zentralheizung
Wasser wird im Heizkessel erwaumlrmt und mit einer Umwaumllzpumpe in die Heizkoumlrper transportiert (Vorlauf) Das Wasser gibt im Heizkoumlrper seine Waumlrme ab und flieszligt uumlber den Ruumlcklauf in den Heizkessel Die Beheizung des Heizkessels kann mit Holz Kohle Oumll Gas erfolgen Billiger und umweltfreundlicher ist der Betrieb einer Waumlrmepumpe (Anschaffung ist teurer) Mit einem Einsatz von 1 kWh bekommt man 4 kWh an Waumlrmeenergie (34 kommen aus der Umgebung) Heizsystem muss passen (niedere Vorlauftemperatur (max 55degC))
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Alternative Beheizungen
bull Kachelofen (mit Umluft auch fuumlr mehrere Raumlume verwendbar)bull Warmluftkollektoren mit Geroumlllspeicherbull Sonnenkollektoren sind houmlchstens als Vorheizung im Winter
geeignetbull Fuumlr die Bereitung von Warmwasser sind sie fuumlr das
Sommerhalbjahr aber ideal (April - Sept) Man kann damit 60 des Warmwasserbedarfs decken
Hausuumlbung Preise fuumlr Gas Heizoumll und Kohle erfragen Heizkosten fuumlr Einfamilienhaus pro Heizsaison Herausfinden welches Heizsystem zuhause verwendet wird
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Erhebung Heizsysteme
Flaumlche
ieWaumlrmeenerg
Art der Heizung
Verbrauchte Heizmaterialmenge (Liter msup3 kwh)
Heizwert des Heizmaterials
Waumlrmeenergie = Heizwert x Menge
Flaumlcheninhalt der beheizten Flaumlche
bdquoEnergiekennzahlldquo =
Anzahl der Personen
Energieverbrauch pro Person
Art der Warmwasserbereitung (elektr Sonne mit Heizung)
Ist die Warmwasserbereitung in der obigen Heizmaterialmenge enthalten
Kapitel 6 Waumlrmelehre
66 Brandbekaumlmpfung Lies Buch S 14
Voraussetzungen fuumlr Verbrennung
Brennbarer Stoff und Sauerstoff
Ein Maszlig fuumlr die Feuergefaumlhrlichkeit eines Stoffes ist sein Flammpunkt Darunter versteht man jene Temperatur von der an sich das Gemisch aus dem Dampf des brennbaren Stoffes mit der Luft entzuumlnden laumlsst
Flammpunkte Ether -40degCBenzin -20degCDieseloumll 55degC
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Brandbekaumlmpfung
bull Abkuumlhlen der brennbaren Stoffe z B mit Wasser Achtung nicht bei brennenden Fluumlssigkeiten
bull Verhindern der Sauerstoffzufuhr feuchte Decken uumlber den brennenden Koumlrper Feuerloumlscher ist meist mit Kohlendioxid gefuumlllt (verhindert Luftzufuhr)
Feuerwehr 122Rettung 144Gendarmerie 133
Kapitel 6 Waumlrmelehre
67 Zustandsaumlnderungen
Alle Gegenstaumlnde werden als Koumlrper bezeichnet
Sie treten in verschiedenen Zustandsformen auf
Festkoumlrper
Fluumlssigkeiten
Gase
fluumlssig
fest
gasfoumlrmig
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Eiswuumlrfel in die Hand nehmen Er wird allmaumlhlich zu Wasser Dazu ist Waumlrme noumltigZum Sieden ist ebenfalls Waumlrme noumltig
Aggregatzustandsaumlnderungen
Festkoumlrper
Gas
Fluumlssigkeit
Schmelzen
Erstarren
Sublimieren
Resublimieren Verdampfen
Kondensieren
Uumlberlegungen
Die Uumlbergaumlnge sind mit Waumlrmezufuhr bzw mit Waumlrmeabgabe verbunden
Auch Aumlnderungen des Druckes koumlnnen zu Aggregatzustandsaumlnde-rungen fuumlhrenz B Propangas wird in Flaschen unter sehr hohen Druck gesetzt dadurch wird es dort fluumlssig
Kapitel 6 Waumlrmelehre
671 Schmelzen und ErstarrenVersuch
1 Liter Wasser mit 80degC und 1 kg Eis werden zusammengemischt Vgl Abb 111 Seite 17
Ergebnis
Es entstehen 2 kg Wasser mit einer Temperatur von 0degC
Wir berechnen die eingesetzte Waumlrmeenergie
Um Wasser von 0degC auf 80degC zu erwaumlrmen benoumltigen wir 80middot4187 kJ = 33496 kJ
Diese Waumlrme benoumltigen wir fuumlr das Schmelzen von 1kg Eis
Die Schmelzwaumlrme eines Stoffes ist jene Waumlrmeenergie die noumltig ist um 1kg eines Stoffes beim Schmelzpunkt vom festen in den fluumlssigen Zustand zu bringen
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Die Schmelzwaumlrme des Eises betraumlgt 335 kJkg
Diese Waumlrme ist im Vergleich zu anderen Stoffen ziemlich groszlig
Beim Uumlbergang vom fluumlssigen in den festen Zustand wird die Erstarrungswaumlrme freiDie Erstarrungswaumlrme ist gleich groszlig wie die Schmelzwaumlrme
Anwendung Frostbekaumlmpfung Lies B S 17 Abb 112
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Volumsaumlnderungen beim Schmelzen und Erstarren
Versuch1
Paraffin erstarren lassen rarr Es zieht sich zusammen
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Versuch2
Kaumlltemischung mit drei Teilen Eis und einem Teil Kochsalz herstellen Eine Eprouvette mit 10 cm Wassersaumlule langsam hineingeben
rarr Wasser erstarrt und dehnt sich um ca 111 des Volumens aus
Die meisten Stoffe dehnen sich beim Schmelzen aus und ziehen sich beim Erstarren zusammen
Ausnahme Wasser Das Wasser dehnt sich beim Gefrieren
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Bedeutung in der Natur Uumlberlege Aufgaben 111 bis 115 B S 18
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Loumlten und Schweiszligen
Lies Buch Seite 19
Metalle koumlnnen durch Loumlten bzw Schweiszligen miteinander verbunden werden
Kapitel 6 Waumlrmelehre
672 Anomalie des Wassers Die meisten Fluumlssigkeiten beanspruchen bei houmlherer Temperatur ein groumlszligeres Volumen (Sie dehnen sich aus vgl Fluumlssigkeitsthermometer)
degC
degC
4degC
0degC
Bei Wasser zeigt sich zwischen 0degC und 4degC ein anderes Verhalten
Versuch
Hohes Glas mit Wasser und zerkleinertem Eis gefuumlllt Gut mischen
2 Thermometer T1 taucht bis zum Boden ein T2 taucht bis zur schwimmenden Eisschicht ein
Ergebnis T1 zeigt 4degC T2 zeigt 0degC
Folgerung Das Wasser mit der groumlszligeren Dichte sammelt sich unten an
Wasser hat bei 4degC seine groumlszligte Dichte und sein kleinstes Volumen
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Hausuumlbung Abb 132 Seite 20 zeichnen (beide Bilder)Die Anomalie des Wassers hat eine groszlige Bedeutung fuumlr die Wasserlebewesen Wasser gefriert von oben zu Tiefe Gewaumlsser gefrieren nie bis zum Boden
Winter Sommer
Kapitel 6 Waumlrmelehre
673 Verdampfen Sieden Verdunsten
Sieden erfolgt bei einer ganz bestimmten Temperatur
Wh Wie haben wir die Temperatureinheit Grad Celsius festgelegt
Verdunsten erfolgt bei beliebiger Temperatur (Ist ein Vorgang an der Oberflaumlche der Fluumlssigkeit)
Wir haben gelernt Wasser siedet bei Normaldruck (1013 mbar) bei 100degC
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Gibt man Wasser in einen abgeschlossenen Topf und erhitzt es so siedet es erst bei houmlherer Temperatur
Grund Der Druck ist houmlher und erhoumlht damit den Siedepunkt
Anwendung Dampfdruckkochtopf (Schnellkochtopf) (Achtung Sicherheitsventil noumltig)Dort sieden die Speisen erst bei etwa 125 degC Dies hat den Vorteil dass die Speisen schneller gar werden (Lebenswichtige Vitamine und Mineralsalze bleiben erhalten)
Die Siedetemperatur haumlngt vom Druck ab Bei houmlherem Druck wird sie houmlher bei geringerem erniedrigt sie sich
Abhaumlngigkeit der Siedetemperatur vom Druck
Versuch Becherglas mit Wasser von Zimmertemperatur gefuumlllt unter Vakuumpumpe
Ergebnis Wasser siedet bei sehr kleinem Druck bereits bei Zimmertemperatur
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Die Verdampfungswaumlrme
Beim Sieden stellt man fest dass man beim Siedepunkt staumlndig Waumlrme zufuumlhrt ohne dass sich die Temperatur erhoumlht
Diese Waumlrmeenergie wird benoumltigt dass sich der Dampf ausdehnen kann Er benoumltigt ein viel groumlszligeres Volumen als die Fluumlssigkeit
(1 dmsup3 Wasser rarr 1700 dmsup3 Dampf) Zwischen den Dampfmolekuumllen herrschen fast keine Molekularkraumlfte
Die Verdampfungswaumlrme ist jene Waumlrmeenergie die noumltig ist um 1kg einer Fluumlssigkeit beim Siedepunkt in den dampffoumlrmigen Zustand zu bringen
Beim Verdunsten haben wir die Verdunstungskaumllte
Die Verdampfungswaumlrme des Wassers betraumlgt 2260 kJkg
Vergleiche Tabelle Buch S 22
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Versuch Uhrglas auf Korken mit Wassertropfen stellen In das Uhrglas ein paar Tropfen Aumlther gieszligen und rasch mit Geblaumlse zum Verdunsten bringen
Versuch Wattebausch in Spiritus oder Aumlther eintauchen und um ein Thermometer wickelnErgebnis Es kuumlhlt ab
Ergebnis Es bildet sich eine Eisschicht infolge der Verdunstungskaumllte
Aufgaben 141 bis 146 Buch Seite 22
Kapitel 6 Waumlrmelehre
674 Verfluumlssigung (Kondensation)Uumlbergang Gasfoumlrmig rarr fluumlssig
Dies wird durch Abkuumlhlen erreicht
Versuch Wir bringen in einem Kolben Wasser zum Sieden Den Wasserdampf leiten wir in ein Gefaumlszlig mit kaltem Wasser dessen Masse und Temperatur wir vorher bestimmt haben
Nach einer gewissen Zeit messen wir wieder die Temperatur des Wassers und die Masse
Die Masse hat nur wenig zugenommen die Temperatur verhaumlltnismaumlszligig viel
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Versuchsergebnis 3f Klasse (27 3 2008)m1 = 2724 g = 02724 kgt1 = 209 degCm2 = 2922 g = 02922 kgt2 = 352 degCmD = 00198 kg Masse des Wasserdampfs der kondensiert istΔT = 143 degC
Waumlrmemenge um m1 um ΔT zu erwaumlrmen
Q1 = 4187middot02724middot143 = 163097 J
Waumlrmemenge die der kondensierte Wasserdampf mD beim Abkuumlhlen von 100degC auf 352 degC abgegeben hat
Q2 = 4187middot00198middot648 = 53721 J ist viel weniger
Der groumlszligere Teil stammt von der Kondensationswaumlrme QK = 109376 J
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Destillieren
Als Destillieren bezeichnet man das Verdampfen einer Fluumlssigkeit und das anschlieszligende VerfluumlssigenDiese Methode kann verwendet werden um Fluumlssigkeitsgemische mit verschiedenem Siedepunkt zu trennen bzw zu reinigen
Beispiele Schnaps-Brennen Fraktionierte Destillation des Erdoumlls
Fuumlhre Aufgabe 151 B S 23 aus
Kapitel 6 Waumlrmelehre
675 Die Waumlrmepumpe
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Vorgaumlnge bei der Waumlrmepumpe 1 Verdampfen
Fluumlssiges Kaumlltemittel wird bei niederem Druck verdampft Die Verdampfungs-waumlrme wird der Umgebung entzogen (Grundwasser Fluss Erdreich Luft )
2 Verdichten Der Kompressor saugt das dampffoumlrmige Kaumlltemittel an und verdichtet es Dabei erwaumlrmt es sich bleibt aber dampffoumlrmig
3 Verfluumlssigen Der uumlberhitzte Dampf wird vom Verfluumlssiger abgekuumlhlt Dabei kondensiert das Kaumlltemittel und gibt die Kondensationswaumlrme ab Der Verfluumlssiger wird fuumlr den Heizkreislauf verwendet
4 Entspannen Das Expansionsventil gleicht den Druckunterschied aus Das jetzt wieder fluumlssige Kaumlltemittel gelangt in den Verdampfer zuruumlck
Vorgang 1 bis 4 wiederholt sich rarrKreisprozess
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Versuch
Wir erwaumlrmen 5 kg Wasser
Temperatur Elektrische Energie
vorher 25degC
nachher 50degC
∆T = 25degC 25degC 6394 Wh
Erhaltene Waumlrmeenergie Q = 41875 25 = 523375 J = 14538 Wh
Guumlteziffer Erhaltene Energie hineingesteckte EnergieGuumlteziffer = 145386394= 227
Das heiszligt Wir erhalten doppelt soviel wie wir hineingesteckt haben
Bei heutigen Waumlrmepumpen erzielen wir die Guumlteziffern von 4
Bemerkung Der Kuumlhlschrank ist eine umgekehrt betriebene Waumlrmepumpe
Kapitel 6 Waumlrmelehre
621 Die spezifische Waumlrme
Versuch Erwaumlrmung einer bestimmten Wassermenge mit dem Tauchsieder
Dauer Masse Temperaturerhoumlhung
90 s 400g
45 s 400g
45 s 200g
Die spezifische Waumlrme eines Koumlrpers ist jene Waumlrmemenge die noumltig ist um 1 kg eines Stoffes um 1 degC zu erwaumlrmen
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Stoff spez Waumlrme JkgdegC
Wasser 4187
Eis 2100
Aluminium 850
Kupfer 380
Eisen 460
Blei 130
Fuumlhre Aufgabe 24 und 25 Seite 6 aus
Q = 1kg 4187 JkgdegC middot 25 = 104675 J = 104675 kJ
1 kJ = 1000 J
Q = 1kg 4187 JkgdegC middot 82 = 343334 J =343334 kJ
Zu 25 Wasser hat eine groszlige spezifische Waumlrme und kann daher viel Waumlrmeenergie speichern
Kapitel 6 Waumlrmelehre
AlFe Pb
3 Kegel aus verschiedenen Materialien - aber gleicher Masse und gleichem Oumlffnungswinkel - werden uumlber 70degC erwaumlrmt anschlieszligend in Wachs getaucht
Versuch
Uumlberlege was passiert
Kapitel 6 Waumlrmelehre
AlFe Pb
AlFe Pb
3 Kegel aus verschiedenen Materialien - aber gleicher Masse und gleichem Oumlffnungswinkel - werden uumlber 70degC erwaumlrmt anschlieszligend in Wachs getaucht
Ergebnis Der Al-Kegel dringt am tiefsten ein der Blei-Kegel am wenigsten Begruumlndung spez Waumlrme von Al am houmlchsten von den 3 Stoffen
Versuch
Kapitel 6 Waumlrmelehre
63 Waumlrmeuumlbertragung
Cu Fe1 2 3 4 5 6
631 Waumlrmeleitung
Versuch
Ergebnis Die Kuumlgelchen fallen in der Reihenfolge helliphelliphelliphelliphelliphellip
Waumlrme schreitet im Koumlrper von Teilchen zu Teilchen fort
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Gute Waumlrmeleiter
Metalle
Anwendung Kuumlhlrippen Kochtopf Heizkoumlrper aus Metall hellip
Schlechte Waumlrmeleiter (Isolatoren)
Sie sollen den Waumlrmetransport verhindern
Holz Stoffe Kunststoffe
Steinwolle Styropor Kork zum Daumlmmen von Gebaumluden
Verbundglasfenster mit Luftschicht als Isolator
Fluumlssigkeiten
Gase
Buch Seite 8 Aufg 31 und 32
31 Ummantelung mit Steinwolle oder Schaumgummi32 Bakelit bzw Kunststoff
Kapitel 6 Waumlrmelehre
632 Waumlrmestroumlmung
Bei der Waumlrmestroumlmung bewegen sich die Teilchen in einer Richtung
Das waumlrmere Wasser hat eine geringere Dichte als das kaumlltere und steigt daher hoch
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Anwendungen zur Waumlrmestroumlmung
Kaminwirkung
Die warmen Abgase steigen nach oben
Zentralheizung
Luumlften von Raumlumen (warme Luft geht beim Fenster oben hinaus kalte sinkt herein)
Aufwinde an Suumldhaumlngen
Vgl B S 13
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Aufgabe Buch Seite 9 Aufg 41 und 42
Zu 41 Luft zirkuliert im Zimmer
Zu 42 Decke weil sich dort die warme Luft ansammelt
Golfstrom warme Meeresstroumlmung im noumlrdlichen Atlantik Der Golfstrom entsteht aus der Vereinigung von Florida- und Antillenstrom noumlrdlich der Bahamainseln und erstreckt sich bis suumldlich der Neufundlandbank Dort flieszligt ein groszliger Teil des Golfstroms nach Suumldosten und spaumlter nach Suumldwesten und bleibt im Nordamerikanischen Becken Der verbleibende Teil umstroumlmt die Neufundlandbank und beginnt als Nordatlantischer Strom in Richtung Europa zu flieszligen Das von ihm mitgefuumlhrte Wasser erhoumlht die Wasser- und Lufttemperaturen vor Nordwesteuropa
Zu 43
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Beispielebull Sonnenenergie durch das
Weltallbull Heizstrahler im Badbull Starker Scheinwerferbull Strahlung eines Kachelofens
633 Waumlrmestrahlung
Breitet sich die Waumlrme ohne ein Medium aus sprechen wir von Waumlrmestrahlung
Die Strahlung breitet sich geradlinig aus
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Versuch zur Waumlrmestrahlung
Dunkle und raue Koumlrper absorbieren mehr Waumlrme Sie strahlen auch mehr Waumlrme ab als glatte und helle
degC degC
schwarz silbrig
Anwendung Sonnenkollektor In ihm wird die Sonnenstrahlung verwendet um Wasser zu erwaumlrmenDie Aufstellung sollte nach Suumlden sein Sehr guumlnstig 45deg Neigung
bull Schwarzes Blech wird schneller heiszlig
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Schema einer thermischen Solaranlage
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Die Erwaumlrmung einer Flaumlche haumlngt vom Einfallswinkel der Waumlrmestrahlen ab
l
l
Auf dieselbe Flaumlche fallen bei schraumlgem Einfall weniger Strahlen
Damit laumlsst sich auch Sommer - Winter erklaumlren
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Zusammenfassung S 11 abschreiben
Seite 11 Aufgabe 51 Weiszlige (helle) Kleider52 Schmelzen53 Dass die Strahlen reflektiert werden
Fuumlhre die Aufgaben S 11 Nr 51 52 und 53 aus
Aufbau einer Thermoskanne
Metall wegen Reflexion der StrahlenGlas schlechter WaumlrmeleiterVakuum Schlechter Waumlrmeleiter Verhindert Waumlrmestroumlmung
Kapitel 6 Waumlrmelehre
64 Brennstoffe und ihr HeizwertLies B S 12
Fossile Brennstoffe Holz Kohle Heizoumll Erdgas Propangas uswSie sind alle durch die Sonnenstrahlung entstanden (Wachstum der Pflanzen)
Sie geben bei der Verbrennung um so mehr Waumlrme ab je mehr sie Kohlenstoff enthalten
Um die Brennstoffe vergleichen zu koumlnnen wird der Heizwert eingefuumlhrt
Der Heizwert eines Stoffes ist jene Energie die bei der Verbrennung von 1kg dieses Stoffes frei wird
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Stoff Heizwert in kJkg
Holz 15000
Koks 30000
Benzin 42000
Propangas (ca 05 m3) 50000
Heizoumll extra leicht (Diesel) 42000
Der Heizwert eines Stoffes ist jene Energie die bei der Verbrennung von 1kg dieses Stoffes frei wird
Probleme Die Erdoumll- Erdgas und Kohlevorraumlte die bereits vor Millionen von Jahren entstanden sind werden erst seit dem 18 Jahrhundert in groszligen Mengen abgebautWenn der Energieverbrauch auf dem derzeitigen Niveau bleibt werden die Erdoumllreserven noch ca 50 - 100 Jahre reichen
Die fossilen Brennstoffe setzen bei der Verbrennung das Treibhausgas CO2 frei das zu einer Klimaveraumlnderung fuumlhrt
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Die fossilen Brennstoffe setzen bei der Verbrennung das Treibhausgas CO2 frei das zu einer Klimaveraumlnderung fuumlhrt
Energie moumlglichst sparsam einsetzen Alternativenergien mehr foumlrdern
bull Solare Brauchwasserbereitungbull Nutzung der Sonnenenergie zum Heizenbull Waumlrmepumpenbull Isolieren von Gebaumluden
Kapitel 6 Waumlrmelehre
65 HeizsystemeLies Buch S 13
Fruumlher Ofen (Holz Kohle) fuumlr jedes ZimmerHeute meist Warmwasser-Zentralheizung
Wasser wird im Heizkessel erwaumlrmt und mit einer Umwaumllzpumpe in die Heizkoumlrper transportiert (Vorlauf) Das Wasser gibt im Heizkoumlrper seine Waumlrme ab und flieszligt uumlber den Ruumlcklauf in den Heizkessel Die Beheizung des Heizkessels kann mit Holz Kohle Oumll Gas erfolgen Billiger und umweltfreundlicher ist der Betrieb einer Waumlrmepumpe (Anschaffung ist teurer) Mit einem Einsatz von 1 kWh bekommt man 4 kWh an Waumlrmeenergie (34 kommen aus der Umgebung) Heizsystem muss passen (niedere Vorlauftemperatur (max 55degC))
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Alternative Beheizungen
bull Kachelofen (mit Umluft auch fuumlr mehrere Raumlume verwendbar)bull Warmluftkollektoren mit Geroumlllspeicherbull Sonnenkollektoren sind houmlchstens als Vorheizung im Winter
geeignetbull Fuumlr die Bereitung von Warmwasser sind sie fuumlr das
Sommerhalbjahr aber ideal (April - Sept) Man kann damit 60 des Warmwasserbedarfs decken
Hausuumlbung Preise fuumlr Gas Heizoumll und Kohle erfragen Heizkosten fuumlr Einfamilienhaus pro Heizsaison Herausfinden welches Heizsystem zuhause verwendet wird
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Erhebung Heizsysteme
Flaumlche
ieWaumlrmeenerg
Art der Heizung
Verbrauchte Heizmaterialmenge (Liter msup3 kwh)
Heizwert des Heizmaterials
Waumlrmeenergie = Heizwert x Menge
Flaumlcheninhalt der beheizten Flaumlche
bdquoEnergiekennzahlldquo =
Anzahl der Personen
Energieverbrauch pro Person
Art der Warmwasserbereitung (elektr Sonne mit Heizung)
Ist die Warmwasserbereitung in der obigen Heizmaterialmenge enthalten
Kapitel 6 Waumlrmelehre
66 Brandbekaumlmpfung Lies Buch S 14
Voraussetzungen fuumlr Verbrennung
Brennbarer Stoff und Sauerstoff
Ein Maszlig fuumlr die Feuergefaumlhrlichkeit eines Stoffes ist sein Flammpunkt Darunter versteht man jene Temperatur von der an sich das Gemisch aus dem Dampf des brennbaren Stoffes mit der Luft entzuumlnden laumlsst
Flammpunkte Ether -40degCBenzin -20degCDieseloumll 55degC
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Brandbekaumlmpfung
bull Abkuumlhlen der brennbaren Stoffe z B mit Wasser Achtung nicht bei brennenden Fluumlssigkeiten
bull Verhindern der Sauerstoffzufuhr feuchte Decken uumlber den brennenden Koumlrper Feuerloumlscher ist meist mit Kohlendioxid gefuumlllt (verhindert Luftzufuhr)
Feuerwehr 122Rettung 144Gendarmerie 133
Kapitel 6 Waumlrmelehre
67 Zustandsaumlnderungen
Alle Gegenstaumlnde werden als Koumlrper bezeichnet
Sie treten in verschiedenen Zustandsformen auf
Festkoumlrper
Fluumlssigkeiten
Gase
fluumlssig
fest
gasfoumlrmig
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Eiswuumlrfel in die Hand nehmen Er wird allmaumlhlich zu Wasser Dazu ist Waumlrme noumltigZum Sieden ist ebenfalls Waumlrme noumltig
Aggregatzustandsaumlnderungen
Festkoumlrper
Gas
Fluumlssigkeit
Schmelzen
Erstarren
Sublimieren
Resublimieren Verdampfen
Kondensieren
Uumlberlegungen
Die Uumlbergaumlnge sind mit Waumlrmezufuhr bzw mit Waumlrmeabgabe verbunden
Auch Aumlnderungen des Druckes koumlnnen zu Aggregatzustandsaumlnde-rungen fuumlhrenz B Propangas wird in Flaschen unter sehr hohen Druck gesetzt dadurch wird es dort fluumlssig
Kapitel 6 Waumlrmelehre
671 Schmelzen und ErstarrenVersuch
1 Liter Wasser mit 80degC und 1 kg Eis werden zusammengemischt Vgl Abb 111 Seite 17
Ergebnis
Es entstehen 2 kg Wasser mit einer Temperatur von 0degC
Wir berechnen die eingesetzte Waumlrmeenergie
Um Wasser von 0degC auf 80degC zu erwaumlrmen benoumltigen wir 80middot4187 kJ = 33496 kJ
Diese Waumlrme benoumltigen wir fuumlr das Schmelzen von 1kg Eis
Die Schmelzwaumlrme eines Stoffes ist jene Waumlrmeenergie die noumltig ist um 1kg eines Stoffes beim Schmelzpunkt vom festen in den fluumlssigen Zustand zu bringen
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Die Schmelzwaumlrme des Eises betraumlgt 335 kJkg
Diese Waumlrme ist im Vergleich zu anderen Stoffen ziemlich groszlig
Beim Uumlbergang vom fluumlssigen in den festen Zustand wird die Erstarrungswaumlrme freiDie Erstarrungswaumlrme ist gleich groszlig wie die Schmelzwaumlrme
Anwendung Frostbekaumlmpfung Lies B S 17 Abb 112
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Volumsaumlnderungen beim Schmelzen und Erstarren
Versuch1
Paraffin erstarren lassen rarr Es zieht sich zusammen
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Versuch2
Kaumlltemischung mit drei Teilen Eis und einem Teil Kochsalz herstellen Eine Eprouvette mit 10 cm Wassersaumlule langsam hineingeben
rarr Wasser erstarrt und dehnt sich um ca 111 des Volumens aus
Die meisten Stoffe dehnen sich beim Schmelzen aus und ziehen sich beim Erstarren zusammen
Ausnahme Wasser Das Wasser dehnt sich beim Gefrieren
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Bedeutung in der Natur Uumlberlege Aufgaben 111 bis 115 B S 18
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Loumlten und Schweiszligen
Lies Buch Seite 19
Metalle koumlnnen durch Loumlten bzw Schweiszligen miteinander verbunden werden
Kapitel 6 Waumlrmelehre
672 Anomalie des Wassers Die meisten Fluumlssigkeiten beanspruchen bei houmlherer Temperatur ein groumlszligeres Volumen (Sie dehnen sich aus vgl Fluumlssigkeitsthermometer)
degC
degC
4degC
0degC
Bei Wasser zeigt sich zwischen 0degC und 4degC ein anderes Verhalten
Versuch
Hohes Glas mit Wasser und zerkleinertem Eis gefuumlllt Gut mischen
2 Thermometer T1 taucht bis zum Boden ein T2 taucht bis zur schwimmenden Eisschicht ein
Ergebnis T1 zeigt 4degC T2 zeigt 0degC
Folgerung Das Wasser mit der groumlszligeren Dichte sammelt sich unten an
Wasser hat bei 4degC seine groumlszligte Dichte und sein kleinstes Volumen
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Hausuumlbung Abb 132 Seite 20 zeichnen (beide Bilder)Die Anomalie des Wassers hat eine groszlige Bedeutung fuumlr die Wasserlebewesen Wasser gefriert von oben zu Tiefe Gewaumlsser gefrieren nie bis zum Boden
Winter Sommer
Kapitel 6 Waumlrmelehre
673 Verdampfen Sieden Verdunsten
Sieden erfolgt bei einer ganz bestimmten Temperatur
Wh Wie haben wir die Temperatureinheit Grad Celsius festgelegt
Verdunsten erfolgt bei beliebiger Temperatur (Ist ein Vorgang an der Oberflaumlche der Fluumlssigkeit)
Wir haben gelernt Wasser siedet bei Normaldruck (1013 mbar) bei 100degC
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Gibt man Wasser in einen abgeschlossenen Topf und erhitzt es so siedet es erst bei houmlherer Temperatur
Grund Der Druck ist houmlher und erhoumlht damit den Siedepunkt
Anwendung Dampfdruckkochtopf (Schnellkochtopf) (Achtung Sicherheitsventil noumltig)Dort sieden die Speisen erst bei etwa 125 degC Dies hat den Vorteil dass die Speisen schneller gar werden (Lebenswichtige Vitamine und Mineralsalze bleiben erhalten)
Die Siedetemperatur haumlngt vom Druck ab Bei houmlherem Druck wird sie houmlher bei geringerem erniedrigt sie sich
Abhaumlngigkeit der Siedetemperatur vom Druck
Versuch Becherglas mit Wasser von Zimmertemperatur gefuumlllt unter Vakuumpumpe
Ergebnis Wasser siedet bei sehr kleinem Druck bereits bei Zimmertemperatur
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Die Verdampfungswaumlrme
Beim Sieden stellt man fest dass man beim Siedepunkt staumlndig Waumlrme zufuumlhrt ohne dass sich die Temperatur erhoumlht
Diese Waumlrmeenergie wird benoumltigt dass sich der Dampf ausdehnen kann Er benoumltigt ein viel groumlszligeres Volumen als die Fluumlssigkeit
(1 dmsup3 Wasser rarr 1700 dmsup3 Dampf) Zwischen den Dampfmolekuumllen herrschen fast keine Molekularkraumlfte
Die Verdampfungswaumlrme ist jene Waumlrmeenergie die noumltig ist um 1kg einer Fluumlssigkeit beim Siedepunkt in den dampffoumlrmigen Zustand zu bringen
Beim Verdunsten haben wir die Verdunstungskaumllte
Die Verdampfungswaumlrme des Wassers betraumlgt 2260 kJkg
Vergleiche Tabelle Buch S 22
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Versuch Uhrglas auf Korken mit Wassertropfen stellen In das Uhrglas ein paar Tropfen Aumlther gieszligen und rasch mit Geblaumlse zum Verdunsten bringen
Versuch Wattebausch in Spiritus oder Aumlther eintauchen und um ein Thermometer wickelnErgebnis Es kuumlhlt ab
Ergebnis Es bildet sich eine Eisschicht infolge der Verdunstungskaumllte
Aufgaben 141 bis 146 Buch Seite 22
Kapitel 6 Waumlrmelehre
674 Verfluumlssigung (Kondensation)Uumlbergang Gasfoumlrmig rarr fluumlssig
Dies wird durch Abkuumlhlen erreicht
Versuch Wir bringen in einem Kolben Wasser zum Sieden Den Wasserdampf leiten wir in ein Gefaumlszlig mit kaltem Wasser dessen Masse und Temperatur wir vorher bestimmt haben
Nach einer gewissen Zeit messen wir wieder die Temperatur des Wassers und die Masse
Die Masse hat nur wenig zugenommen die Temperatur verhaumlltnismaumlszligig viel
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Versuchsergebnis 3f Klasse (27 3 2008)m1 = 2724 g = 02724 kgt1 = 209 degCm2 = 2922 g = 02922 kgt2 = 352 degCmD = 00198 kg Masse des Wasserdampfs der kondensiert istΔT = 143 degC
Waumlrmemenge um m1 um ΔT zu erwaumlrmen
Q1 = 4187middot02724middot143 = 163097 J
Waumlrmemenge die der kondensierte Wasserdampf mD beim Abkuumlhlen von 100degC auf 352 degC abgegeben hat
Q2 = 4187middot00198middot648 = 53721 J ist viel weniger
Der groumlszligere Teil stammt von der Kondensationswaumlrme QK = 109376 J
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Destillieren
Als Destillieren bezeichnet man das Verdampfen einer Fluumlssigkeit und das anschlieszligende VerfluumlssigenDiese Methode kann verwendet werden um Fluumlssigkeitsgemische mit verschiedenem Siedepunkt zu trennen bzw zu reinigen
Beispiele Schnaps-Brennen Fraktionierte Destillation des Erdoumlls
Fuumlhre Aufgabe 151 B S 23 aus
Kapitel 6 Waumlrmelehre
675 Die Waumlrmepumpe
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Vorgaumlnge bei der Waumlrmepumpe 1 Verdampfen
Fluumlssiges Kaumlltemittel wird bei niederem Druck verdampft Die Verdampfungs-waumlrme wird der Umgebung entzogen (Grundwasser Fluss Erdreich Luft )
2 Verdichten Der Kompressor saugt das dampffoumlrmige Kaumlltemittel an und verdichtet es Dabei erwaumlrmt es sich bleibt aber dampffoumlrmig
3 Verfluumlssigen Der uumlberhitzte Dampf wird vom Verfluumlssiger abgekuumlhlt Dabei kondensiert das Kaumlltemittel und gibt die Kondensationswaumlrme ab Der Verfluumlssiger wird fuumlr den Heizkreislauf verwendet
4 Entspannen Das Expansionsventil gleicht den Druckunterschied aus Das jetzt wieder fluumlssige Kaumlltemittel gelangt in den Verdampfer zuruumlck
Vorgang 1 bis 4 wiederholt sich rarrKreisprozess
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Versuch
Wir erwaumlrmen 5 kg Wasser
Temperatur Elektrische Energie
vorher 25degC
nachher 50degC
∆T = 25degC 25degC 6394 Wh
Erhaltene Waumlrmeenergie Q = 41875 25 = 523375 J = 14538 Wh
Guumlteziffer Erhaltene Energie hineingesteckte EnergieGuumlteziffer = 145386394= 227
Das heiszligt Wir erhalten doppelt soviel wie wir hineingesteckt haben
Bei heutigen Waumlrmepumpen erzielen wir die Guumlteziffern von 4
Bemerkung Der Kuumlhlschrank ist eine umgekehrt betriebene Waumlrmepumpe
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Stoff spez Waumlrme JkgdegC
Wasser 4187
Eis 2100
Aluminium 850
Kupfer 380
Eisen 460
Blei 130
Fuumlhre Aufgabe 24 und 25 Seite 6 aus
Q = 1kg 4187 JkgdegC middot 25 = 104675 J = 104675 kJ
1 kJ = 1000 J
Q = 1kg 4187 JkgdegC middot 82 = 343334 J =343334 kJ
Zu 25 Wasser hat eine groszlige spezifische Waumlrme und kann daher viel Waumlrmeenergie speichern
Kapitel 6 Waumlrmelehre
AlFe Pb
3 Kegel aus verschiedenen Materialien - aber gleicher Masse und gleichem Oumlffnungswinkel - werden uumlber 70degC erwaumlrmt anschlieszligend in Wachs getaucht
Versuch
Uumlberlege was passiert
Kapitel 6 Waumlrmelehre
AlFe Pb
AlFe Pb
3 Kegel aus verschiedenen Materialien - aber gleicher Masse und gleichem Oumlffnungswinkel - werden uumlber 70degC erwaumlrmt anschlieszligend in Wachs getaucht
Ergebnis Der Al-Kegel dringt am tiefsten ein der Blei-Kegel am wenigsten Begruumlndung spez Waumlrme von Al am houmlchsten von den 3 Stoffen
Versuch
Kapitel 6 Waumlrmelehre
63 Waumlrmeuumlbertragung
Cu Fe1 2 3 4 5 6
631 Waumlrmeleitung
Versuch
Ergebnis Die Kuumlgelchen fallen in der Reihenfolge helliphelliphelliphelliphelliphellip
Waumlrme schreitet im Koumlrper von Teilchen zu Teilchen fort
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Gute Waumlrmeleiter
Metalle
Anwendung Kuumlhlrippen Kochtopf Heizkoumlrper aus Metall hellip
Schlechte Waumlrmeleiter (Isolatoren)
Sie sollen den Waumlrmetransport verhindern
Holz Stoffe Kunststoffe
Steinwolle Styropor Kork zum Daumlmmen von Gebaumluden
Verbundglasfenster mit Luftschicht als Isolator
Fluumlssigkeiten
Gase
Buch Seite 8 Aufg 31 und 32
31 Ummantelung mit Steinwolle oder Schaumgummi32 Bakelit bzw Kunststoff
Kapitel 6 Waumlrmelehre
632 Waumlrmestroumlmung
Bei der Waumlrmestroumlmung bewegen sich die Teilchen in einer Richtung
Das waumlrmere Wasser hat eine geringere Dichte als das kaumlltere und steigt daher hoch
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Anwendungen zur Waumlrmestroumlmung
Kaminwirkung
Die warmen Abgase steigen nach oben
Zentralheizung
Luumlften von Raumlumen (warme Luft geht beim Fenster oben hinaus kalte sinkt herein)
Aufwinde an Suumldhaumlngen
Vgl B S 13
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Aufgabe Buch Seite 9 Aufg 41 und 42
Zu 41 Luft zirkuliert im Zimmer
Zu 42 Decke weil sich dort die warme Luft ansammelt
Golfstrom warme Meeresstroumlmung im noumlrdlichen Atlantik Der Golfstrom entsteht aus der Vereinigung von Florida- und Antillenstrom noumlrdlich der Bahamainseln und erstreckt sich bis suumldlich der Neufundlandbank Dort flieszligt ein groszliger Teil des Golfstroms nach Suumldosten und spaumlter nach Suumldwesten und bleibt im Nordamerikanischen Becken Der verbleibende Teil umstroumlmt die Neufundlandbank und beginnt als Nordatlantischer Strom in Richtung Europa zu flieszligen Das von ihm mitgefuumlhrte Wasser erhoumlht die Wasser- und Lufttemperaturen vor Nordwesteuropa
Zu 43
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Beispielebull Sonnenenergie durch das
Weltallbull Heizstrahler im Badbull Starker Scheinwerferbull Strahlung eines Kachelofens
633 Waumlrmestrahlung
Breitet sich die Waumlrme ohne ein Medium aus sprechen wir von Waumlrmestrahlung
Die Strahlung breitet sich geradlinig aus
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Versuch zur Waumlrmestrahlung
Dunkle und raue Koumlrper absorbieren mehr Waumlrme Sie strahlen auch mehr Waumlrme ab als glatte und helle
degC degC
schwarz silbrig
Anwendung Sonnenkollektor In ihm wird die Sonnenstrahlung verwendet um Wasser zu erwaumlrmenDie Aufstellung sollte nach Suumlden sein Sehr guumlnstig 45deg Neigung
bull Schwarzes Blech wird schneller heiszlig
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Schema einer thermischen Solaranlage
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Die Erwaumlrmung einer Flaumlche haumlngt vom Einfallswinkel der Waumlrmestrahlen ab
l
l
Auf dieselbe Flaumlche fallen bei schraumlgem Einfall weniger Strahlen
Damit laumlsst sich auch Sommer - Winter erklaumlren
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Zusammenfassung S 11 abschreiben
Seite 11 Aufgabe 51 Weiszlige (helle) Kleider52 Schmelzen53 Dass die Strahlen reflektiert werden
Fuumlhre die Aufgaben S 11 Nr 51 52 und 53 aus
Aufbau einer Thermoskanne
Metall wegen Reflexion der StrahlenGlas schlechter WaumlrmeleiterVakuum Schlechter Waumlrmeleiter Verhindert Waumlrmestroumlmung
Kapitel 6 Waumlrmelehre
64 Brennstoffe und ihr HeizwertLies B S 12
Fossile Brennstoffe Holz Kohle Heizoumll Erdgas Propangas uswSie sind alle durch die Sonnenstrahlung entstanden (Wachstum der Pflanzen)
Sie geben bei der Verbrennung um so mehr Waumlrme ab je mehr sie Kohlenstoff enthalten
Um die Brennstoffe vergleichen zu koumlnnen wird der Heizwert eingefuumlhrt
Der Heizwert eines Stoffes ist jene Energie die bei der Verbrennung von 1kg dieses Stoffes frei wird
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Stoff Heizwert in kJkg
Holz 15000
Koks 30000
Benzin 42000
Propangas (ca 05 m3) 50000
Heizoumll extra leicht (Diesel) 42000
Der Heizwert eines Stoffes ist jene Energie die bei der Verbrennung von 1kg dieses Stoffes frei wird
Probleme Die Erdoumll- Erdgas und Kohlevorraumlte die bereits vor Millionen von Jahren entstanden sind werden erst seit dem 18 Jahrhundert in groszligen Mengen abgebautWenn der Energieverbrauch auf dem derzeitigen Niveau bleibt werden die Erdoumllreserven noch ca 50 - 100 Jahre reichen
Die fossilen Brennstoffe setzen bei der Verbrennung das Treibhausgas CO2 frei das zu einer Klimaveraumlnderung fuumlhrt
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Die fossilen Brennstoffe setzen bei der Verbrennung das Treibhausgas CO2 frei das zu einer Klimaveraumlnderung fuumlhrt
Energie moumlglichst sparsam einsetzen Alternativenergien mehr foumlrdern
bull Solare Brauchwasserbereitungbull Nutzung der Sonnenenergie zum Heizenbull Waumlrmepumpenbull Isolieren von Gebaumluden
Kapitel 6 Waumlrmelehre
65 HeizsystemeLies Buch S 13
Fruumlher Ofen (Holz Kohle) fuumlr jedes ZimmerHeute meist Warmwasser-Zentralheizung
Wasser wird im Heizkessel erwaumlrmt und mit einer Umwaumllzpumpe in die Heizkoumlrper transportiert (Vorlauf) Das Wasser gibt im Heizkoumlrper seine Waumlrme ab und flieszligt uumlber den Ruumlcklauf in den Heizkessel Die Beheizung des Heizkessels kann mit Holz Kohle Oumll Gas erfolgen Billiger und umweltfreundlicher ist der Betrieb einer Waumlrmepumpe (Anschaffung ist teurer) Mit einem Einsatz von 1 kWh bekommt man 4 kWh an Waumlrmeenergie (34 kommen aus der Umgebung) Heizsystem muss passen (niedere Vorlauftemperatur (max 55degC))
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Alternative Beheizungen
bull Kachelofen (mit Umluft auch fuumlr mehrere Raumlume verwendbar)bull Warmluftkollektoren mit Geroumlllspeicherbull Sonnenkollektoren sind houmlchstens als Vorheizung im Winter
geeignetbull Fuumlr die Bereitung von Warmwasser sind sie fuumlr das
Sommerhalbjahr aber ideal (April - Sept) Man kann damit 60 des Warmwasserbedarfs decken
Hausuumlbung Preise fuumlr Gas Heizoumll und Kohle erfragen Heizkosten fuumlr Einfamilienhaus pro Heizsaison Herausfinden welches Heizsystem zuhause verwendet wird
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Erhebung Heizsysteme
Flaumlche
ieWaumlrmeenerg
Art der Heizung
Verbrauchte Heizmaterialmenge (Liter msup3 kwh)
Heizwert des Heizmaterials
Waumlrmeenergie = Heizwert x Menge
Flaumlcheninhalt der beheizten Flaumlche
bdquoEnergiekennzahlldquo =
Anzahl der Personen
Energieverbrauch pro Person
Art der Warmwasserbereitung (elektr Sonne mit Heizung)
Ist die Warmwasserbereitung in der obigen Heizmaterialmenge enthalten
Kapitel 6 Waumlrmelehre
66 Brandbekaumlmpfung Lies Buch S 14
Voraussetzungen fuumlr Verbrennung
Brennbarer Stoff und Sauerstoff
Ein Maszlig fuumlr die Feuergefaumlhrlichkeit eines Stoffes ist sein Flammpunkt Darunter versteht man jene Temperatur von der an sich das Gemisch aus dem Dampf des brennbaren Stoffes mit der Luft entzuumlnden laumlsst
Flammpunkte Ether -40degCBenzin -20degCDieseloumll 55degC
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Brandbekaumlmpfung
bull Abkuumlhlen der brennbaren Stoffe z B mit Wasser Achtung nicht bei brennenden Fluumlssigkeiten
bull Verhindern der Sauerstoffzufuhr feuchte Decken uumlber den brennenden Koumlrper Feuerloumlscher ist meist mit Kohlendioxid gefuumlllt (verhindert Luftzufuhr)
Feuerwehr 122Rettung 144Gendarmerie 133
Kapitel 6 Waumlrmelehre
67 Zustandsaumlnderungen
Alle Gegenstaumlnde werden als Koumlrper bezeichnet
Sie treten in verschiedenen Zustandsformen auf
Festkoumlrper
Fluumlssigkeiten
Gase
fluumlssig
fest
gasfoumlrmig
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Eiswuumlrfel in die Hand nehmen Er wird allmaumlhlich zu Wasser Dazu ist Waumlrme noumltigZum Sieden ist ebenfalls Waumlrme noumltig
Aggregatzustandsaumlnderungen
Festkoumlrper
Gas
Fluumlssigkeit
Schmelzen
Erstarren
Sublimieren
Resublimieren Verdampfen
Kondensieren
Uumlberlegungen
Die Uumlbergaumlnge sind mit Waumlrmezufuhr bzw mit Waumlrmeabgabe verbunden
Auch Aumlnderungen des Druckes koumlnnen zu Aggregatzustandsaumlnde-rungen fuumlhrenz B Propangas wird in Flaschen unter sehr hohen Druck gesetzt dadurch wird es dort fluumlssig
Kapitel 6 Waumlrmelehre
671 Schmelzen und ErstarrenVersuch
1 Liter Wasser mit 80degC und 1 kg Eis werden zusammengemischt Vgl Abb 111 Seite 17
Ergebnis
Es entstehen 2 kg Wasser mit einer Temperatur von 0degC
Wir berechnen die eingesetzte Waumlrmeenergie
Um Wasser von 0degC auf 80degC zu erwaumlrmen benoumltigen wir 80middot4187 kJ = 33496 kJ
Diese Waumlrme benoumltigen wir fuumlr das Schmelzen von 1kg Eis
Die Schmelzwaumlrme eines Stoffes ist jene Waumlrmeenergie die noumltig ist um 1kg eines Stoffes beim Schmelzpunkt vom festen in den fluumlssigen Zustand zu bringen
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Die Schmelzwaumlrme des Eises betraumlgt 335 kJkg
Diese Waumlrme ist im Vergleich zu anderen Stoffen ziemlich groszlig
Beim Uumlbergang vom fluumlssigen in den festen Zustand wird die Erstarrungswaumlrme freiDie Erstarrungswaumlrme ist gleich groszlig wie die Schmelzwaumlrme
Anwendung Frostbekaumlmpfung Lies B S 17 Abb 112
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Volumsaumlnderungen beim Schmelzen und Erstarren
Versuch1
Paraffin erstarren lassen rarr Es zieht sich zusammen
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Versuch2
Kaumlltemischung mit drei Teilen Eis und einem Teil Kochsalz herstellen Eine Eprouvette mit 10 cm Wassersaumlule langsam hineingeben
rarr Wasser erstarrt und dehnt sich um ca 111 des Volumens aus
Die meisten Stoffe dehnen sich beim Schmelzen aus und ziehen sich beim Erstarren zusammen
Ausnahme Wasser Das Wasser dehnt sich beim Gefrieren
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Bedeutung in der Natur Uumlberlege Aufgaben 111 bis 115 B S 18
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Loumlten und Schweiszligen
Lies Buch Seite 19
Metalle koumlnnen durch Loumlten bzw Schweiszligen miteinander verbunden werden
Kapitel 6 Waumlrmelehre
672 Anomalie des Wassers Die meisten Fluumlssigkeiten beanspruchen bei houmlherer Temperatur ein groumlszligeres Volumen (Sie dehnen sich aus vgl Fluumlssigkeitsthermometer)
degC
degC
4degC
0degC
Bei Wasser zeigt sich zwischen 0degC und 4degC ein anderes Verhalten
Versuch
Hohes Glas mit Wasser und zerkleinertem Eis gefuumlllt Gut mischen
2 Thermometer T1 taucht bis zum Boden ein T2 taucht bis zur schwimmenden Eisschicht ein
Ergebnis T1 zeigt 4degC T2 zeigt 0degC
Folgerung Das Wasser mit der groumlszligeren Dichte sammelt sich unten an
Wasser hat bei 4degC seine groumlszligte Dichte und sein kleinstes Volumen
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Hausuumlbung Abb 132 Seite 20 zeichnen (beide Bilder)Die Anomalie des Wassers hat eine groszlige Bedeutung fuumlr die Wasserlebewesen Wasser gefriert von oben zu Tiefe Gewaumlsser gefrieren nie bis zum Boden
Winter Sommer
Kapitel 6 Waumlrmelehre
673 Verdampfen Sieden Verdunsten
Sieden erfolgt bei einer ganz bestimmten Temperatur
Wh Wie haben wir die Temperatureinheit Grad Celsius festgelegt
Verdunsten erfolgt bei beliebiger Temperatur (Ist ein Vorgang an der Oberflaumlche der Fluumlssigkeit)
Wir haben gelernt Wasser siedet bei Normaldruck (1013 mbar) bei 100degC
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Gibt man Wasser in einen abgeschlossenen Topf und erhitzt es so siedet es erst bei houmlherer Temperatur
Grund Der Druck ist houmlher und erhoumlht damit den Siedepunkt
Anwendung Dampfdruckkochtopf (Schnellkochtopf) (Achtung Sicherheitsventil noumltig)Dort sieden die Speisen erst bei etwa 125 degC Dies hat den Vorteil dass die Speisen schneller gar werden (Lebenswichtige Vitamine und Mineralsalze bleiben erhalten)
Die Siedetemperatur haumlngt vom Druck ab Bei houmlherem Druck wird sie houmlher bei geringerem erniedrigt sie sich
Abhaumlngigkeit der Siedetemperatur vom Druck
Versuch Becherglas mit Wasser von Zimmertemperatur gefuumlllt unter Vakuumpumpe
Ergebnis Wasser siedet bei sehr kleinem Druck bereits bei Zimmertemperatur
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Die Verdampfungswaumlrme
Beim Sieden stellt man fest dass man beim Siedepunkt staumlndig Waumlrme zufuumlhrt ohne dass sich die Temperatur erhoumlht
Diese Waumlrmeenergie wird benoumltigt dass sich der Dampf ausdehnen kann Er benoumltigt ein viel groumlszligeres Volumen als die Fluumlssigkeit
(1 dmsup3 Wasser rarr 1700 dmsup3 Dampf) Zwischen den Dampfmolekuumllen herrschen fast keine Molekularkraumlfte
Die Verdampfungswaumlrme ist jene Waumlrmeenergie die noumltig ist um 1kg einer Fluumlssigkeit beim Siedepunkt in den dampffoumlrmigen Zustand zu bringen
Beim Verdunsten haben wir die Verdunstungskaumllte
Die Verdampfungswaumlrme des Wassers betraumlgt 2260 kJkg
Vergleiche Tabelle Buch S 22
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Versuch Uhrglas auf Korken mit Wassertropfen stellen In das Uhrglas ein paar Tropfen Aumlther gieszligen und rasch mit Geblaumlse zum Verdunsten bringen
Versuch Wattebausch in Spiritus oder Aumlther eintauchen und um ein Thermometer wickelnErgebnis Es kuumlhlt ab
Ergebnis Es bildet sich eine Eisschicht infolge der Verdunstungskaumllte
Aufgaben 141 bis 146 Buch Seite 22
Kapitel 6 Waumlrmelehre
674 Verfluumlssigung (Kondensation)Uumlbergang Gasfoumlrmig rarr fluumlssig
Dies wird durch Abkuumlhlen erreicht
Versuch Wir bringen in einem Kolben Wasser zum Sieden Den Wasserdampf leiten wir in ein Gefaumlszlig mit kaltem Wasser dessen Masse und Temperatur wir vorher bestimmt haben
Nach einer gewissen Zeit messen wir wieder die Temperatur des Wassers und die Masse
Die Masse hat nur wenig zugenommen die Temperatur verhaumlltnismaumlszligig viel
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Versuchsergebnis 3f Klasse (27 3 2008)m1 = 2724 g = 02724 kgt1 = 209 degCm2 = 2922 g = 02922 kgt2 = 352 degCmD = 00198 kg Masse des Wasserdampfs der kondensiert istΔT = 143 degC
Waumlrmemenge um m1 um ΔT zu erwaumlrmen
Q1 = 4187middot02724middot143 = 163097 J
Waumlrmemenge die der kondensierte Wasserdampf mD beim Abkuumlhlen von 100degC auf 352 degC abgegeben hat
Q2 = 4187middot00198middot648 = 53721 J ist viel weniger
Der groumlszligere Teil stammt von der Kondensationswaumlrme QK = 109376 J
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Destillieren
Als Destillieren bezeichnet man das Verdampfen einer Fluumlssigkeit und das anschlieszligende VerfluumlssigenDiese Methode kann verwendet werden um Fluumlssigkeitsgemische mit verschiedenem Siedepunkt zu trennen bzw zu reinigen
Beispiele Schnaps-Brennen Fraktionierte Destillation des Erdoumlls
Fuumlhre Aufgabe 151 B S 23 aus
Kapitel 6 Waumlrmelehre
675 Die Waumlrmepumpe
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Vorgaumlnge bei der Waumlrmepumpe 1 Verdampfen
Fluumlssiges Kaumlltemittel wird bei niederem Druck verdampft Die Verdampfungs-waumlrme wird der Umgebung entzogen (Grundwasser Fluss Erdreich Luft )
2 Verdichten Der Kompressor saugt das dampffoumlrmige Kaumlltemittel an und verdichtet es Dabei erwaumlrmt es sich bleibt aber dampffoumlrmig
3 Verfluumlssigen Der uumlberhitzte Dampf wird vom Verfluumlssiger abgekuumlhlt Dabei kondensiert das Kaumlltemittel und gibt die Kondensationswaumlrme ab Der Verfluumlssiger wird fuumlr den Heizkreislauf verwendet
4 Entspannen Das Expansionsventil gleicht den Druckunterschied aus Das jetzt wieder fluumlssige Kaumlltemittel gelangt in den Verdampfer zuruumlck
Vorgang 1 bis 4 wiederholt sich rarrKreisprozess
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Versuch
Wir erwaumlrmen 5 kg Wasser
Temperatur Elektrische Energie
vorher 25degC
nachher 50degC
∆T = 25degC 25degC 6394 Wh
Erhaltene Waumlrmeenergie Q = 41875 25 = 523375 J = 14538 Wh
Guumlteziffer Erhaltene Energie hineingesteckte EnergieGuumlteziffer = 145386394= 227
Das heiszligt Wir erhalten doppelt soviel wie wir hineingesteckt haben
Bei heutigen Waumlrmepumpen erzielen wir die Guumlteziffern von 4
Bemerkung Der Kuumlhlschrank ist eine umgekehrt betriebene Waumlrmepumpe
Kapitel 6 Waumlrmelehre
AlFe Pb
3 Kegel aus verschiedenen Materialien - aber gleicher Masse und gleichem Oumlffnungswinkel - werden uumlber 70degC erwaumlrmt anschlieszligend in Wachs getaucht
Versuch
Uumlberlege was passiert
Kapitel 6 Waumlrmelehre
AlFe Pb
AlFe Pb
3 Kegel aus verschiedenen Materialien - aber gleicher Masse und gleichem Oumlffnungswinkel - werden uumlber 70degC erwaumlrmt anschlieszligend in Wachs getaucht
Ergebnis Der Al-Kegel dringt am tiefsten ein der Blei-Kegel am wenigsten Begruumlndung spez Waumlrme von Al am houmlchsten von den 3 Stoffen
Versuch
Kapitel 6 Waumlrmelehre
63 Waumlrmeuumlbertragung
Cu Fe1 2 3 4 5 6
631 Waumlrmeleitung
Versuch
Ergebnis Die Kuumlgelchen fallen in der Reihenfolge helliphelliphelliphelliphelliphellip
Waumlrme schreitet im Koumlrper von Teilchen zu Teilchen fort
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Gute Waumlrmeleiter
Metalle
Anwendung Kuumlhlrippen Kochtopf Heizkoumlrper aus Metall hellip
Schlechte Waumlrmeleiter (Isolatoren)
Sie sollen den Waumlrmetransport verhindern
Holz Stoffe Kunststoffe
Steinwolle Styropor Kork zum Daumlmmen von Gebaumluden
Verbundglasfenster mit Luftschicht als Isolator
Fluumlssigkeiten
Gase
Buch Seite 8 Aufg 31 und 32
31 Ummantelung mit Steinwolle oder Schaumgummi32 Bakelit bzw Kunststoff
Kapitel 6 Waumlrmelehre
632 Waumlrmestroumlmung
Bei der Waumlrmestroumlmung bewegen sich die Teilchen in einer Richtung
Das waumlrmere Wasser hat eine geringere Dichte als das kaumlltere und steigt daher hoch
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Anwendungen zur Waumlrmestroumlmung
Kaminwirkung
Die warmen Abgase steigen nach oben
Zentralheizung
Luumlften von Raumlumen (warme Luft geht beim Fenster oben hinaus kalte sinkt herein)
Aufwinde an Suumldhaumlngen
Vgl B S 13
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Aufgabe Buch Seite 9 Aufg 41 und 42
Zu 41 Luft zirkuliert im Zimmer
Zu 42 Decke weil sich dort die warme Luft ansammelt
Golfstrom warme Meeresstroumlmung im noumlrdlichen Atlantik Der Golfstrom entsteht aus der Vereinigung von Florida- und Antillenstrom noumlrdlich der Bahamainseln und erstreckt sich bis suumldlich der Neufundlandbank Dort flieszligt ein groszliger Teil des Golfstroms nach Suumldosten und spaumlter nach Suumldwesten und bleibt im Nordamerikanischen Becken Der verbleibende Teil umstroumlmt die Neufundlandbank und beginnt als Nordatlantischer Strom in Richtung Europa zu flieszligen Das von ihm mitgefuumlhrte Wasser erhoumlht die Wasser- und Lufttemperaturen vor Nordwesteuropa
Zu 43
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Beispielebull Sonnenenergie durch das
Weltallbull Heizstrahler im Badbull Starker Scheinwerferbull Strahlung eines Kachelofens
633 Waumlrmestrahlung
Breitet sich die Waumlrme ohne ein Medium aus sprechen wir von Waumlrmestrahlung
Die Strahlung breitet sich geradlinig aus
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Versuch zur Waumlrmestrahlung
Dunkle und raue Koumlrper absorbieren mehr Waumlrme Sie strahlen auch mehr Waumlrme ab als glatte und helle
degC degC
schwarz silbrig
Anwendung Sonnenkollektor In ihm wird die Sonnenstrahlung verwendet um Wasser zu erwaumlrmenDie Aufstellung sollte nach Suumlden sein Sehr guumlnstig 45deg Neigung
bull Schwarzes Blech wird schneller heiszlig
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Schema einer thermischen Solaranlage
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Die Erwaumlrmung einer Flaumlche haumlngt vom Einfallswinkel der Waumlrmestrahlen ab
l
l
Auf dieselbe Flaumlche fallen bei schraumlgem Einfall weniger Strahlen
Damit laumlsst sich auch Sommer - Winter erklaumlren
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Zusammenfassung S 11 abschreiben
Seite 11 Aufgabe 51 Weiszlige (helle) Kleider52 Schmelzen53 Dass die Strahlen reflektiert werden
Fuumlhre die Aufgaben S 11 Nr 51 52 und 53 aus
Aufbau einer Thermoskanne
Metall wegen Reflexion der StrahlenGlas schlechter WaumlrmeleiterVakuum Schlechter Waumlrmeleiter Verhindert Waumlrmestroumlmung
Kapitel 6 Waumlrmelehre
64 Brennstoffe und ihr HeizwertLies B S 12
Fossile Brennstoffe Holz Kohle Heizoumll Erdgas Propangas uswSie sind alle durch die Sonnenstrahlung entstanden (Wachstum der Pflanzen)
Sie geben bei der Verbrennung um so mehr Waumlrme ab je mehr sie Kohlenstoff enthalten
Um die Brennstoffe vergleichen zu koumlnnen wird der Heizwert eingefuumlhrt
Der Heizwert eines Stoffes ist jene Energie die bei der Verbrennung von 1kg dieses Stoffes frei wird
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Stoff Heizwert in kJkg
Holz 15000
Koks 30000
Benzin 42000
Propangas (ca 05 m3) 50000
Heizoumll extra leicht (Diesel) 42000
Der Heizwert eines Stoffes ist jene Energie die bei der Verbrennung von 1kg dieses Stoffes frei wird
Probleme Die Erdoumll- Erdgas und Kohlevorraumlte die bereits vor Millionen von Jahren entstanden sind werden erst seit dem 18 Jahrhundert in groszligen Mengen abgebautWenn der Energieverbrauch auf dem derzeitigen Niveau bleibt werden die Erdoumllreserven noch ca 50 - 100 Jahre reichen
Die fossilen Brennstoffe setzen bei der Verbrennung das Treibhausgas CO2 frei das zu einer Klimaveraumlnderung fuumlhrt
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Die fossilen Brennstoffe setzen bei der Verbrennung das Treibhausgas CO2 frei das zu einer Klimaveraumlnderung fuumlhrt
Energie moumlglichst sparsam einsetzen Alternativenergien mehr foumlrdern
bull Solare Brauchwasserbereitungbull Nutzung der Sonnenenergie zum Heizenbull Waumlrmepumpenbull Isolieren von Gebaumluden
Kapitel 6 Waumlrmelehre
65 HeizsystemeLies Buch S 13
Fruumlher Ofen (Holz Kohle) fuumlr jedes ZimmerHeute meist Warmwasser-Zentralheizung
Wasser wird im Heizkessel erwaumlrmt und mit einer Umwaumllzpumpe in die Heizkoumlrper transportiert (Vorlauf) Das Wasser gibt im Heizkoumlrper seine Waumlrme ab und flieszligt uumlber den Ruumlcklauf in den Heizkessel Die Beheizung des Heizkessels kann mit Holz Kohle Oumll Gas erfolgen Billiger und umweltfreundlicher ist der Betrieb einer Waumlrmepumpe (Anschaffung ist teurer) Mit einem Einsatz von 1 kWh bekommt man 4 kWh an Waumlrmeenergie (34 kommen aus der Umgebung) Heizsystem muss passen (niedere Vorlauftemperatur (max 55degC))
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Alternative Beheizungen
bull Kachelofen (mit Umluft auch fuumlr mehrere Raumlume verwendbar)bull Warmluftkollektoren mit Geroumlllspeicherbull Sonnenkollektoren sind houmlchstens als Vorheizung im Winter
geeignetbull Fuumlr die Bereitung von Warmwasser sind sie fuumlr das
Sommerhalbjahr aber ideal (April - Sept) Man kann damit 60 des Warmwasserbedarfs decken
Hausuumlbung Preise fuumlr Gas Heizoumll und Kohle erfragen Heizkosten fuumlr Einfamilienhaus pro Heizsaison Herausfinden welches Heizsystem zuhause verwendet wird
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Erhebung Heizsysteme
Flaumlche
ieWaumlrmeenerg
Art der Heizung
Verbrauchte Heizmaterialmenge (Liter msup3 kwh)
Heizwert des Heizmaterials
Waumlrmeenergie = Heizwert x Menge
Flaumlcheninhalt der beheizten Flaumlche
bdquoEnergiekennzahlldquo =
Anzahl der Personen
Energieverbrauch pro Person
Art der Warmwasserbereitung (elektr Sonne mit Heizung)
Ist die Warmwasserbereitung in der obigen Heizmaterialmenge enthalten
Kapitel 6 Waumlrmelehre
66 Brandbekaumlmpfung Lies Buch S 14
Voraussetzungen fuumlr Verbrennung
Brennbarer Stoff und Sauerstoff
Ein Maszlig fuumlr die Feuergefaumlhrlichkeit eines Stoffes ist sein Flammpunkt Darunter versteht man jene Temperatur von der an sich das Gemisch aus dem Dampf des brennbaren Stoffes mit der Luft entzuumlnden laumlsst
Flammpunkte Ether -40degCBenzin -20degCDieseloumll 55degC
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Brandbekaumlmpfung
bull Abkuumlhlen der brennbaren Stoffe z B mit Wasser Achtung nicht bei brennenden Fluumlssigkeiten
bull Verhindern der Sauerstoffzufuhr feuchte Decken uumlber den brennenden Koumlrper Feuerloumlscher ist meist mit Kohlendioxid gefuumlllt (verhindert Luftzufuhr)
Feuerwehr 122Rettung 144Gendarmerie 133
Kapitel 6 Waumlrmelehre
67 Zustandsaumlnderungen
Alle Gegenstaumlnde werden als Koumlrper bezeichnet
Sie treten in verschiedenen Zustandsformen auf
Festkoumlrper
Fluumlssigkeiten
Gase
fluumlssig
fest
gasfoumlrmig
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Eiswuumlrfel in die Hand nehmen Er wird allmaumlhlich zu Wasser Dazu ist Waumlrme noumltigZum Sieden ist ebenfalls Waumlrme noumltig
Aggregatzustandsaumlnderungen
Festkoumlrper
Gas
Fluumlssigkeit
Schmelzen
Erstarren
Sublimieren
Resublimieren Verdampfen
Kondensieren
Uumlberlegungen
Die Uumlbergaumlnge sind mit Waumlrmezufuhr bzw mit Waumlrmeabgabe verbunden
Auch Aumlnderungen des Druckes koumlnnen zu Aggregatzustandsaumlnde-rungen fuumlhrenz B Propangas wird in Flaschen unter sehr hohen Druck gesetzt dadurch wird es dort fluumlssig
Kapitel 6 Waumlrmelehre
671 Schmelzen und ErstarrenVersuch
1 Liter Wasser mit 80degC und 1 kg Eis werden zusammengemischt Vgl Abb 111 Seite 17
Ergebnis
Es entstehen 2 kg Wasser mit einer Temperatur von 0degC
Wir berechnen die eingesetzte Waumlrmeenergie
Um Wasser von 0degC auf 80degC zu erwaumlrmen benoumltigen wir 80middot4187 kJ = 33496 kJ
Diese Waumlrme benoumltigen wir fuumlr das Schmelzen von 1kg Eis
Die Schmelzwaumlrme eines Stoffes ist jene Waumlrmeenergie die noumltig ist um 1kg eines Stoffes beim Schmelzpunkt vom festen in den fluumlssigen Zustand zu bringen
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Die Schmelzwaumlrme des Eises betraumlgt 335 kJkg
Diese Waumlrme ist im Vergleich zu anderen Stoffen ziemlich groszlig
Beim Uumlbergang vom fluumlssigen in den festen Zustand wird die Erstarrungswaumlrme freiDie Erstarrungswaumlrme ist gleich groszlig wie die Schmelzwaumlrme
Anwendung Frostbekaumlmpfung Lies B S 17 Abb 112
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Volumsaumlnderungen beim Schmelzen und Erstarren
Versuch1
Paraffin erstarren lassen rarr Es zieht sich zusammen
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Versuch2
Kaumlltemischung mit drei Teilen Eis und einem Teil Kochsalz herstellen Eine Eprouvette mit 10 cm Wassersaumlule langsam hineingeben
rarr Wasser erstarrt und dehnt sich um ca 111 des Volumens aus
Die meisten Stoffe dehnen sich beim Schmelzen aus und ziehen sich beim Erstarren zusammen
Ausnahme Wasser Das Wasser dehnt sich beim Gefrieren
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Bedeutung in der Natur Uumlberlege Aufgaben 111 bis 115 B S 18
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Loumlten und Schweiszligen
Lies Buch Seite 19
Metalle koumlnnen durch Loumlten bzw Schweiszligen miteinander verbunden werden
Kapitel 6 Waumlrmelehre
672 Anomalie des Wassers Die meisten Fluumlssigkeiten beanspruchen bei houmlherer Temperatur ein groumlszligeres Volumen (Sie dehnen sich aus vgl Fluumlssigkeitsthermometer)
degC
degC
4degC
0degC
Bei Wasser zeigt sich zwischen 0degC und 4degC ein anderes Verhalten
Versuch
Hohes Glas mit Wasser und zerkleinertem Eis gefuumlllt Gut mischen
2 Thermometer T1 taucht bis zum Boden ein T2 taucht bis zur schwimmenden Eisschicht ein
Ergebnis T1 zeigt 4degC T2 zeigt 0degC
Folgerung Das Wasser mit der groumlszligeren Dichte sammelt sich unten an
Wasser hat bei 4degC seine groumlszligte Dichte und sein kleinstes Volumen
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Hausuumlbung Abb 132 Seite 20 zeichnen (beide Bilder)Die Anomalie des Wassers hat eine groszlige Bedeutung fuumlr die Wasserlebewesen Wasser gefriert von oben zu Tiefe Gewaumlsser gefrieren nie bis zum Boden
Winter Sommer
Kapitel 6 Waumlrmelehre
673 Verdampfen Sieden Verdunsten
Sieden erfolgt bei einer ganz bestimmten Temperatur
Wh Wie haben wir die Temperatureinheit Grad Celsius festgelegt
Verdunsten erfolgt bei beliebiger Temperatur (Ist ein Vorgang an der Oberflaumlche der Fluumlssigkeit)
Wir haben gelernt Wasser siedet bei Normaldruck (1013 mbar) bei 100degC
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Gibt man Wasser in einen abgeschlossenen Topf und erhitzt es so siedet es erst bei houmlherer Temperatur
Grund Der Druck ist houmlher und erhoumlht damit den Siedepunkt
Anwendung Dampfdruckkochtopf (Schnellkochtopf) (Achtung Sicherheitsventil noumltig)Dort sieden die Speisen erst bei etwa 125 degC Dies hat den Vorteil dass die Speisen schneller gar werden (Lebenswichtige Vitamine und Mineralsalze bleiben erhalten)
Die Siedetemperatur haumlngt vom Druck ab Bei houmlherem Druck wird sie houmlher bei geringerem erniedrigt sie sich
Abhaumlngigkeit der Siedetemperatur vom Druck
Versuch Becherglas mit Wasser von Zimmertemperatur gefuumlllt unter Vakuumpumpe
Ergebnis Wasser siedet bei sehr kleinem Druck bereits bei Zimmertemperatur
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Die Verdampfungswaumlrme
Beim Sieden stellt man fest dass man beim Siedepunkt staumlndig Waumlrme zufuumlhrt ohne dass sich die Temperatur erhoumlht
Diese Waumlrmeenergie wird benoumltigt dass sich der Dampf ausdehnen kann Er benoumltigt ein viel groumlszligeres Volumen als die Fluumlssigkeit
(1 dmsup3 Wasser rarr 1700 dmsup3 Dampf) Zwischen den Dampfmolekuumllen herrschen fast keine Molekularkraumlfte
Die Verdampfungswaumlrme ist jene Waumlrmeenergie die noumltig ist um 1kg einer Fluumlssigkeit beim Siedepunkt in den dampffoumlrmigen Zustand zu bringen
Beim Verdunsten haben wir die Verdunstungskaumllte
Die Verdampfungswaumlrme des Wassers betraumlgt 2260 kJkg
Vergleiche Tabelle Buch S 22
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Versuch Uhrglas auf Korken mit Wassertropfen stellen In das Uhrglas ein paar Tropfen Aumlther gieszligen und rasch mit Geblaumlse zum Verdunsten bringen
Versuch Wattebausch in Spiritus oder Aumlther eintauchen und um ein Thermometer wickelnErgebnis Es kuumlhlt ab
Ergebnis Es bildet sich eine Eisschicht infolge der Verdunstungskaumllte
Aufgaben 141 bis 146 Buch Seite 22
Kapitel 6 Waumlrmelehre
674 Verfluumlssigung (Kondensation)Uumlbergang Gasfoumlrmig rarr fluumlssig
Dies wird durch Abkuumlhlen erreicht
Versuch Wir bringen in einem Kolben Wasser zum Sieden Den Wasserdampf leiten wir in ein Gefaumlszlig mit kaltem Wasser dessen Masse und Temperatur wir vorher bestimmt haben
Nach einer gewissen Zeit messen wir wieder die Temperatur des Wassers und die Masse
Die Masse hat nur wenig zugenommen die Temperatur verhaumlltnismaumlszligig viel
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Versuchsergebnis 3f Klasse (27 3 2008)m1 = 2724 g = 02724 kgt1 = 209 degCm2 = 2922 g = 02922 kgt2 = 352 degCmD = 00198 kg Masse des Wasserdampfs der kondensiert istΔT = 143 degC
Waumlrmemenge um m1 um ΔT zu erwaumlrmen
Q1 = 4187middot02724middot143 = 163097 J
Waumlrmemenge die der kondensierte Wasserdampf mD beim Abkuumlhlen von 100degC auf 352 degC abgegeben hat
Q2 = 4187middot00198middot648 = 53721 J ist viel weniger
Der groumlszligere Teil stammt von der Kondensationswaumlrme QK = 109376 J
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Destillieren
Als Destillieren bezeichnet man das Verdampfen einer Fluumlssigkeit und das anschlieszligende VerfluumlssigenDiese Methode kann verwendet werden um Fluumlssigkeitsgemische mit verschiedenem Siedepunkt zu trennen bzw zu reinigen
Beispiele Schnaps-Brennen Fraktionierte Destillation des Erdoumlls
Fuumlhre Aufgabe 151 B S 23 aus
Kapitel 6 Waumlrmelehre
675 Die Waumlrmepumpe
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Vorgaumlnge bei der Waumlrmepumpe 1 Verdampfen
Fluumlssiges Kaumlltemittel wird bei niederem Druck verdampft Die Verdampfungs-waumlrme wird der Umgebung entzogen (Grundwasser Fluss Erdreich Luft )
2 Verdichten Der Kompressor saugt das dampffoumlrmige Kaumlltemittel an und verdichtet es Dabei erwaumlrmt es sich bleibt aber dampffoumlrmig
3 Verfluumlssigen Der uumlberhitzte Dampf wird vom Verfluumlssiger abgekuumlhlt Dabei kondensiert das Kaumlltemittel und gibt die Kondensationswaumlrme ab Der Verfluumlssiger wird fuumlr den Heizkreislauf verwendet
4 Entspannen Das Expansionsventil gleicht den Druckunterschied aus Das jetzt wieder fluumlssige Kaumlltemittel gelangt in den Verdampfer zuruumlck
Vorgang 1 bis 4 wiederholt sich rarrKreisprozess
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Versuch
Wir erwaumlrmen 5 kg Wasser
Temperatur Elektrische Energie
vorher 25degC
nachher 50degC
∆T = 25degC 25degC 6394 Wh
Erhaltene Waumlrmeenergie Q = 41875 25 = 523375 J = 14538 Wh
Guumlteziffer Erhaltene Energie hineingesteckte EnergieGuumlteziffer = 145386394= 227
Das heiszligt Wir erhalten doppelt soviel wie wir hineingesteckt haben
Bei heutigen Waumlrmepumpen erzielen wir die Guumlteziffern von 4
Bemerkung Der Kuumlhlschrank ist eine umgekehrt betriebene Waumlrmepumpe
Kapitel 6 Waumlrmelehre
AlFe Pb
AlFe Pb
3 Kegel aus verschiedenen Materialien - aber gleicher Masse und gleichem Oumlffnungswinkel - werden uumlber 70degC erwaumlrmt anschlieszligend in Wachs getaucht
Ergebnis Der Al-Kegel dringt am tiefsten ein der Blei-Kegel am wenigsten Begruumlndung spez Waumlrme von Al am houmlchsten von den 3 Stoffen
Versuch
Kapitel 6 Waumlrmelehre
63 Waumlrmeuumlbertragung
Cu Fe1 2 3 4 5 6
631 Waumlrmeleitung
Versuch
Ergebnis Die Kuumlgelchen fallen in der Reihenfolge helliphelliphelliphelliphelliphellip
Waumlrme schreitet im Koumlrper von Teilchen zu Teilchen fort
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Gute Waumlrmeleiter
Metalle
Anwendung Kuumlhlrippen Kochtopf Heizkoumlrper aus Metall hellip
Schlechte Waumlrmeleiter (Isolatoren)
Sie sollen den Waumlrmetransport verhindern
Holz Stoffe Kunststoffe
Steinwolle Styropor Kork zum Daumlmmen von Gebaumluden
Verbundglasfenster mit Luftschicht als Isolator
Fluumlssigkeiten
Gase
Buch Seite 8 Aufg 31 und 32
31 Ummantelung mit Steinwolle oder Schaumgummi32 Bakelit bzw Kunststoff
Kapitel 6 Waumlrmelehre
632 Waumlrmestroumlmung
Bei der Waumlrmestroumlmung bewegen sich die Teilchen in einer Richtung
Das waumlrmere Wasser hat eine geringere Dichte als das kaumlltere und steigt daher hoch
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Anwendungen zur Waumlrmestroumlmung
Kaminwirkung
Die warmen Abgase steigen nach oben
Zentralheizung
Luumlften von Raumlumen (warme Luft geht beim Fenster oben hinaus kalte sinkt herein)
Aufwinde an Suumldhaumlngen
Vgl B S 13
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Aufgabe Buch Seite 9 Aufg 41 und 42
Zu 41 Luft zirkuliert im Zimmer
Zu 42 Decke weil sich dort die warme Luft ansammelt
Golfstrom warme Meeresstroumlmung im noumlrdlichen Atlantik Der Golfstrom entsteht aus der Vereinigung von Florida- und Antillenstrom noumlrdlich der Bahamainseln und erstreckt sich bis suumldlich der Neufundlandbank Dort flieszligt ein groszliger Teil des Golfstroms nach Suumldosten und spaumlter nach Suumldwesten und bleibt im Nordamerikanischen Becken Der verbleibende Teil umstroumlmt die Neufundlandbank und beginnt als Nordatlantischer Strom in Richtung Europa zu flieszligen Das von ihm mitgefuumlhrte Wasser erhoumlht die Wasser- und Lufttemperaturen vor Nordwesteuropa
Zu 43
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Beispielebull Sonnenenergie durch das
Weltallbull Heizstrahler im Badbull Starker Scheinwerferbull Strahlung eines Kachelofens
633 Waumlrmestrahlung
Breitet sich die Waumlrme ohne ein Medium aus sprechen wir von Waumlrmestrahlung
Die Strahlung breitet sich geradlinig aus
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Versuch zur Waumlrmestrahlung
Dunkle und raue Koumlrper absorbieren mehr Waumlrme Sie strahlen auch mehr Waumlrme ab als glatte und helle
degC degC
schwarz silbrig
Anwendung Sonnenkollektor In ihm wird die Sonnenstrahlung verwendet um Wasser zu erwaumlrmenDie Aufstellung sollte nach Suumlden sein Sehr guumlnstig 45deg Neigung
bull Schwarzes Blech wird schneller heiszlig
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Schema einer thermischen Solaranlage
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Die Erwaumlrmung einer Flaumlche haumlngt vom Einfallswinkel der Waumlrmestrahlen ab
l
l
Auf dieselbe Flaumlche fallen bei schraumlgem Einfall weniger Strahlen
Damit laumlsst sich auch Sommer - Winter erklaumlren
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Zusammenfassung S 11 abschreiben
Seite 11 Aufgabe 51 Weiszlige (helle) Kleider52 Schmelzen53 Dass die Strahlen reflektiert werden
Fuumlhre die Aufgaben S 11 Nr 51 52 und 53 aus
Aufbau einer Thermoskanne
Metall wegen Reflexion der StrahlenGlas schlechter WaumlrmeleiterVakuum Schlechter Waumlrmeleiter Verhindert Waumlrmestroumlmung
Kapitel 6 Waumlrmelehre
64 Brennstoffe und ihr HeizwertLies B S 12
Fossile Brennstoffe Holz Kohle Heizoumll Erdgas Propangas uswSie sind alle durch die Sonnenstrahlung entstanden (Wachstum der Pflanzen)
Sie geben bei der Verbrennung um so mehr Waumlrme ab je mehr sie Kohlenstoff enthalten
Um die Brennstoffe vergleichen zu koumlnnen wird der Heizwert eingefuumlhrt
Der Heizwert eines Stoffes ist jene Energie die bei der Verbrennung von 1kg dieses Stoffes frei wird
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Stoff Heizwert in kJkg
Holz 15000
Koks 30000
Benzin 42000
Propangas (ca 05 m3) 50000
Heizoumll extra leicht (Diesel) 42000
Der Heizwert eines Stoffes ist jene Energie die bei der Verbrennung von 1kg dieses Stoffes frei wird
Probleme Die Erdoumll- Erdgas und Kohlevorraumlte die bereits vor Millionen von Jahren entstanden sind werden erst seit dem 18 Jahrhundert in groszligen Mengen abgebautWenn der Energieverbrauch auf dem derzeitigen Niveau bleibt werden die Erdoumllreserven noch ca 50 - 100 Jahre reichen
Die fossilen Brennstoffe setzen bei der Verbrennung das Treibhausgas CO2 frei das zu einer Klimaveraumlnderung fuumlhrt
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Die fossilen Brennstoffe setzen bei der Verbrennung das Treibhausgas CO2 frei das zu einer Klimaveraumlnderung fuumlhrt
Energie moumlglichst sparsam einsetzen Alternativenergien mehr foumlrdern
bull Solare Brauchwasserbereitungbull Nutzung der Sonnenenergie zum Heizenbull Waumlrmepumpenbull Isolieren von Gebaumluden
Kapitel 6 Waumlrmelehre
65 HeizsystemeLies Buch S 13
Fruumlher Ofen (Holz Kohle) fuumlr jedes ZimmerHeute meist Warmwasser-Zentralheizung
Wasser wird im Heizkessel erwaumlrmt und mit einer Umwaumllzpumpe in die Heizkoumlrper transportiert (Vorlauf) Das Wasser gibt im Heizkoumlrper seine Waumlrme ab und flieszligt uumlber den Ruumlcklauf in den Heizkessel Die Beheizung des Heizkessels kann mit Holz Kohle Oumll Gas erfolgen Billiger und umweltfreundlicher ist der Betrieb einer Waumlrmepumpe (Anschaffung ist teurer) Mit einem Einsatz von 1 kWh bekommt man 4 kWh an Waumlrmeenergie (34 kommen aus der Umgebung) Heizsystem muss passen (niedere Vorlauftemperatur (max 55degC))
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Alternative Beheizungen
bull Kachelofen (mit Umluft auch fuumlr mehrere Raumlume verwendbar)bull Warmluftkollektoren mit Geroumlllspeicherbull Sonnenkollektoren sind houmlchstens als Vorheizung im Winter
geeignetbull Fuumlr die Bereitung von Warmwasser sind sie fuumlr das
Sommerhalbjahr aber ideal (April - Sept) Man kann damit 60 des Warmwasserbedarfs decken
Hausuumlbung Preise fuumlr Gas Heizoumll und Kohle erfragen Heizkosten fuumlr Einfamilienhaus pro Heizsaison Herausfinden welches Heizsystem zuhause verwendet wird
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Erhebung Heizsysteme
Flaumlche
ieWaumlrmeenerg
Art der Heizung
Verbrauchte Heizmaterialmenge (Liter msup3 kwh)
Heizwert des Heizmaterials
Waumlrmeenergie = Heizwert x Menge
Flaumlcheninhalt der beheizten Flaumlche
bdquoEnergiekennzahlldquo =
Anzahl der Personen
Energieverbrauch pro Person
Art der Warmwasserbereitung (elektr Sonne mit Heizung)
Ist die Warmwasserbereitung in der obigen Heizmaterialmenge enthalten
Kapitel 6 Waumlrmelehre
66 Brandbekaumlmpfung Lies Buch S 14
Voraussetzungen fuumlr Verbrennung
Brennbarer Stoff und Sauerstoff
Ein Maszlig fuumlr die Feuergefaumlhrlichkeit eines Stoffes ist sein Flammpunkt Darunter versteht man jene Temperatur von der an sich das Gemisch aus dem Dampf des brennbaren Stoffes mit der Luft entzuumlnden laumlsst
Flammpunkte Ether -40degCBenzin -20degCDieseloumll 55degC
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Brandbekaumlmpfung
bull Abkuumlhlen der brennbaren Stoffe z B mit Wasser Achtung nicht bei brennenden Fluumlssigkeiten
bull Verhindern der Sauerstoffzufuhr feuchte Decken uumlber den brennenden Koumlrper Feuerloumlscher ist meist mit Kohlendioxid gefuumlllt (verhindert Luftzufuhr)
Feuerwehr 122Rettung 144Gendarmerie 133
Kapitel 6 Waumlrmelehre
67 Zustandsaumlnderungen
Alle Gegenstaumlnde werden als Koumlrper bezeichnet
Sie treten in verschiedenen Zustandsformen auf
Festkoumlrper
Fluumlssigkeiten
Gase
fluumlssig
fest
gasfoumlrmig
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Eiswuumlrfel in die Hand nehmen Er wird allmaumlhlich zu Wasser Dazu ist Waumlrme noumltigZum Sieden ist ebenfalls Waumlrme noumltig
Aggregatzustandsaumlnderungen
Festkoumlrper
Gas
Fluumlssigkeit
Schmelzen
Erstarren
Sublimieren
Resublimieren Verdampfen
Kondensieren
Uumlberlegungen
Die Uumlbergaumlnge sind mit Waumlrmezufuhr bzw mit Waumlrmeabgabe verbunden
Auch Aumlnderungen des Druckes koumlnnen zu Aggregatzustandsaumlnde-rungen fuumlhrenz B Propangas wird in Flaschen unter sehr hohen Druck gesetzt dadurch wird es dort fluumlssig
Kapitel 6 Waumlrmelehre
671 Schmelzen und ErstarrenVersuch
1 Liter Wasser mit 80degC und 1 kg Eis werden zusammengemischt Vgl Abb 111 Seite 17
Ergebnis
Es entstehen 2 kg Wasser mit einer Temperatur von 0degC
Wir berechnen die eingesetzte Waumlrmeenergie
Um Wasser von 0degC auf 80degC zu erwaumlrmen benoumltigen wir 80middot4187 kJ = 33496 kJ
Diese Waumlrme benoumltigen wir fuumlr das Schmelzen von 1kg Eis
Die Schmelzwaumlrme eines Stoffes ist jene Waumlrmeenergie die noumltig ist um 1kg eines Stoffes beim Schmelzpunkt vom festen in den fluumlssigen Zustand zu bringen
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Die Schmelzwaumlrme des Eises betraumlgt 335 kJkg
Diese Waumlrme ist im Vergleich zu anderen Stoffen ziemlich groszlig
Beim Uumlbergang vom fluumlssigen in den festen Zustand wird die Erstarrungswaumlrme freiDie Erstarrungswaumlrme ist gleich groszlig wie die Schmelzwaumlrme
Anwendung Frostbekaumlmpfung Lies B S 17 Abb 112
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Volumsaumlnderungen beim Schmelzen und Erstarren
Versuch1
Paraffin erstarren lassen rarr Es zieht sich zusammen
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Versuch2
Kaumlltemischung mit drei Teilen Eis und einem Teil Kochsalz herstellen Eine Eprouvette mit 10 cm Wassersaumlule langsam hineingeben
rarr Wasser erstarrt und dehnt sich um ca 111 des Volumens aus
Die meisten Stoffe dehnen sich beim Schmelzen aus und ziehen sich beim Erstarren zusammen
Ausnahme Wasser Das Wasser dehnt sich beim Gefrieren
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Bedeutung in der Natur Uumlberlege Aufgaben 111 bis 115 B S 18
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Loumlten und Schweiszligen
Lies Buch Seite 19
Metalle koumlnnen durch Loumlten bzw Schweiszligen miteinander verbunden werden
Kapitel 6 Waumlrmelehre
672 Anomalie des Wassers Die meisten Fluumlssigkeiten beanspruchen bei houmlherer Temperatur ein groumlszligeres Volumen (Sie dehnen sich aus vgl Fluumlssigkeitsthermometer)
degC
degC
4degC
0degC
Bei Wasser zeigt sich zwischen 0degC und 4degC ein anderes Verhalten
Versuch
Hohes Glas mit Wasser und zerkleinertem Eis gefuumlllt Gut mischen
2 Thermometer T1 taucht bis zum Boden ein T2 taucht bis zur schwimmenden Eisschicht ein
Ergebnis T1 zeigt 4degC T2 zeigt 0degC
Folgerung Das Wasser mit der groumlszligeren Dichte sammelt sich unten an
Wasser hat bei 4degC seine groumlszligte Dichte und sein kleinstes Volumen
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Hausuumlbung Abb 132 Seite 20 zeichnen (beide Bilder)Die Anomalie des Wassers hat eine groszlige Bedeutung fuumlr die Wasserlebewesen Wasser gefriert von oben zu Tiefe Gewaumlsser gefrieren nie bis zum Boden
Winter Sommer
Kapitel 6 Waumlrmelehre
673 Verdampfen Sieden Verdunsten
Sieden erfolgt bei einer ganz bestimmten Temperatur
Wh Wie haben wir die Temperatureinheit Grad Celsius festgelegt
Verdunsten erfolgt bei beliebiger Temperatur (Ist ein Vorgang an der Oberflaumlche der Fluumlssigkeit)
Wir haben gelernt Wasser siedet bei Normaldruck (1013 mbar) bei 100degC
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Gibt man Wasser in einen abgeschlossenen Topf und erhitzt es so siedet es erst bei houmlherer Temperatur
Grund Der Druck ist houmlher und erhoumlht damit den Siedepunkt
Anwendung Dampfdruckkochtopf (Schnellkochtopf) (Achtung Sicherheitsventil noumltig)Dort sieden die Speisen erst bei etwa 125 degC Dies hat den Vorteil dass die Speisen schneller gar werden (Lebenswichtige Vitamine und Mineralsalze bleiben erhalten)
Die Siedetemperatur haumlngt vom Druck ab Bei houmlherem Druck wird sie houmlher bei geringerem erniedrigt sie sich
Abhaumlngigkeit der Siedetemperatur vom Druck
Versuch Becherglas mit Wasser von Zimmertemperatur gefuumlllt unter Vakuumpumpe
Ergebnis Wasser siedet bei sehr kleinem Druck bereits bei Zimmertemperatur
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Die Verdampfungswaumlrme
Beim Sieden stellt man fest dass man beim Siedepunkt staumlndig Waumlrme zufuumlhrt ohne dass sich die Temperatur erhoumlht
Diese Waumlrmeenergie wird benoumltigt dass sich der Dampf ausdehnen kann Er benoumltigt ein viel groumlszligeres Volumen als die Fluumlssigkeit
(1 dmsup3 Wasser rarr 1700 dmsup3 Dampf) Zwischen den Dampfmolekuumllen herrschen fast keine Molekularkraumlfte
Die Verdampfungswaumlrme ist jene Waumlrmeenergie die noumltig ist um 1kg einer Fluumlssigkeit beim Siedepunkt in den dampffoumlrmigen Zustand zu bringen
Beim Verdunsten haben wir die Verdunstungskaumllte
Die Verdampfungswaumlrme des Wassers betraumlgt 2260 kJkg
Vergleiche Tabelle Buch S 22
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Versuch Uhrglas auf Korken mit Wassertropfen stellen In das Uhrglas ein paar Tropfen Aumlther gieszligen und rasch mit Geblaumlse zum Verdunsten bringen
Versuch Wattebausch in Spiritus oder Aumlther eintauchen und um ein Thermometer wickelnErgebnis Es kuumlhlt ab
Ergebnis Es bildet sich eine Eisschicht infolge der Verdunstungskaumllte
Aufgaben 141 bis 146 Buch Seite 22
Kapitel 6 Waumlrmelehre
674 Verfluumlssigung (Kondensation)Uumlbergang Gasfoumlrmig rarr fluumlssig
Dies wird durch Abkuumlhlen erreicht
Versuch Wir bringen in einem Kolben Wasser zum Sieden Den Wasserdampf leiten wir in ein Gefaumlszlig mit kaltem Wasser dessen Masse und Temperatur wir vorher bestimmt haben
Nach einer gewissen Zeit messen wir wieder die Temperatur des Wassers und die Masse
Die Masse hat nur wenig zugenommen die Temperatur verhaumlltnismaumlszligig viel
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Versuchsergebnis 3f Klasse (27 3 2008)m1 = 2724 g = 02724 kgt1 = 209 degCm2 = 2922 g = 02922 kgt2 = 352 degCmD = 00198 kg Masse des Wasserdampfs der kondensiert istΔT = 143 degC
Waumlrmemenge um m1 um ΔT zu erwaumlrmen
Q1 = 4187middot02724middot143 = 163097 J
Waumlrmemenge die der kondensierte Wasserdampf mD beim Abkuumlhlen von 100degC auf 352 degC abgegeben hat
Q2 = 4187middot00198middot648 = 53721 J ist viel weniger
Der groumlszligere Teil stammt von der Kondensationswaumlrme QK = 109376 J
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Destillieren
Als Destillieren bezeichnet man das Verdampfen einer Fluumlssigkeit und das anschlieszligende VerfluumlssigenDiese Methode kann verwendet werden um Fluumlssigkeitsgemische mit verschiedenem Siedepunkt zu trennen bzw zu reinigen
Beispiele Schnaps-Brennen Fraktionierte Destillation des Erdoumlls
Fuumlhre Aufgabe 151 B S 23 aus
Kapitel 6 Waumlrmelehre
675 Die Waumlrmepumpe
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Vorgaumlnge bei der Waumlrmepumpe 1 Verdampfen
Fluumlssiges Kaumlltemittel wird bei niederem Druck verdampft Die Verdampfungs-waumlrme wird der Umgebung entzogen (Grundwasser Fluss Erdreich Luft )
2 Verdichten Der Kompressor saugt das dampffoumlrmige Kaumlltemittel an und verdichtet es Dabei erwaumlrmt es sich bleibt aber dampffoumlrmig
3 Verfluumlssigen Der uumlberhitzte Dampf wird vom Verfluumlssiger abgekuumlhlt Dabei kondensiert das Kaumlltemittel und gibt die Kondensationswaumlrme ab Der Verfluumlssiger wird fuumlr den Heizkreislauf verwendet
4 Entspannen Das Expansionsventil gleicht den Druckunterschied aus Das jetzt wieder fluumlssige Kaumlltemittel gelangt in den Verdampfer zuruumlck
Vorgang 1 bis 4 wiederholt sich rarrKreisprozess
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Versuch
Wir erwaumlrmen 5 kg Wasser
Temperatur Elektrische Energie
vorher 25degC
nachher 50degC
∆T = 25degC 25degC 6394 Wh
Erhaltene Waumlrmeenergie Q = 41875 25 = 523375 J = 14538 Wh
Guumlteziffer Erhaltene Energie hineingesteckte EnergieGuumlteziffer = 145386394= 227
Das heiszligt Wir erhalten doppelt soviel wie wir hineingesteckt haben
Bei heutigen Waumlrmepumpen erzielen wir die Guumlteziffern von 4
Bemerkung Der Kuumlhlschrank ist eine umgekehrt betriebene Waumlrmepumpe
Kapitel 6 Waumlrmelehre
63 Waumlrmeuumlbertragung
Cu Fe1 2 3 4 5 6
631 Waumlrmeleitung
Versuch
Ergebnis Die Kuumlgelchen fallen in der Reihenfolge helliphelliphelliphelliphelliphellip
Waumlrme schreitet im Koumlrper von Teilchen zu Teilchen fort
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Gute Waumlrmeleiter
Metalle
Anwendung Kuumlhlrippen Kochtopf Heizkoumlrper aus Metall hellip
Schlechte Waumlrmeleiter (Isolatoren)
Sie sollen den Waumlrmetransport verhindern
Holz Stoffe Kunststoffe
Steinwolle Styropor Kork zum Daumlmmen von Gebaumluden
Verbundglasfenster mit Luftschicht als Isolator
Fluumlssigkeiten
Gase
Buch Seite 8 Aufg 31 und 32
31 Ummantelung mit Steinwolle oder Schaumgummi32 Bakelit bzw Kunststoff
Kapitel 6 Waumlrmelehre
632 Waumlrmestroumlmung
Bei der Waumlrmestroumlmung bewegen sich die Teilchen in einer Richtung
Das waumlrmere Wasser hat eine geringere Dichte als das kaumlltere und steigt daher hoch
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Anwendungen zur Waumlrmestroumlmung
Kaminwirkung
Die warmen Abgase steigen nach oben
Zentralheizung
Luumlften von Raumlumen (warme Luft geht beim Fenster oben hinaus kalte sinkt herein)
Aufwinde an Suumldhaumlngen
Vgl B S 13
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Aufgabe Buch Seite 9 Aufg 41 und 42
Zu 41 Luft zirkuliert im Zimmer
Zu 42 Decke weil sich dort die warme Luft ansammelt
Golfstrom warme Meeresstroumlmung im noumlrdlichen Atlantik Der Golfstrom entsteht aus der Vereinigung von Florida- und Antillenstrom noumlrdlich der Bahamainseln und erstreckt sich bis suumldlich der Neufundlandbank Dort flieszligt ein groszliger Teil des Golfstroms nach Suumldosten und spaumlter nach Suumldwesten und bleibt im Nordamerikanischen Becken Der verbleibende Teil umstroumlmt die Neufundlandbank und beginnt als Nordatlantischer Strom in Richtung Europa zu flieszligen Das von ihm mitgefuumlhrte Wasser erhoumlht die Wasser- und Lufttemperaturen vor Nordwesteuropa
Zu 43
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Beispielebull Sonnenenergie durch das
Weltallbull Heizstrahler im Badbull Starker Scheinwerferbull Strahlung eines Kachelofens
633 Waumlrmestrahlung
Breitet sich die Waumlrme ohne ein Medium aus sprechen wir von Waumlrmestrahlung
Die Strahlung breitet sich geradlinig aus
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Versuch zur Waumlrmestrahlung
Dunkle und raue Koumlrper absorbieren mehr Waumlrme Sie strahlen auch mehr Waumlrme ab als glatte und helle
degC degC
schwarz silbrig
Anwendung Sonnenkollektor In ihm wird die Sonnenstrahlung verwendet um Wasser zu erwaumlrmenDie Aufstellung sollte nach Suumlden sein Sehr guumlnstig 45deg Neigung
bull Schwarzes Blech wird schneller heiszlig
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Schema einer thermischen Solaranlage
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Die Erwaumlrmung einer Flaumlche haumlngt vom Einfallswinkel der Waumlrmestrahlen ab
l
l
Auf dieselbe Flaumlche fallen bei schraumlgem Einfall weniger Strahlen
Damit laumlsst sich auch Sommer - Winter erklaumlren
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Zusammenfassung S 11 abschreiben
Seite 11 Aufgabe 51 Weiszlige (helle) Kleider52 Schmelzen53 Dass die Strahlen reflektiert werden
Fuumlhre die Aufgaben S 11 Nr 51 52 und 53 aus
Aufbau einer Thermoskanne
Metall wegen Reflexion der StrahlenGlas schlechter WaumlrmeleiterVakuum Schlechter Waumlrmeleiter Verhindert Waumlrmestroumlmung
Kapitel 6 Waumlrmelehre
64 Brennstoffe und ihr HeizwertLies B S 12
Fossile Brennstoffe Holz Kohle Heizoumll Erdgas Propangas uswSie sind alle durch die Sonnenstrahlung entstanden (Wachstum der Pflanzen)
Sie geben bei der Verbrennung um so mehr Waumlrme ab je mehr sie Kohlenstoff enthalten
Um die Brennstoffe vergleichen zu koumlnnen wird der Heizwert eingefuumlhrt
Der Heizwert eines Stoffes ist jene Energie die bei der Verbrennung von 1kg dieses Stoffes frei wird
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Stoff Heizwert in kJkg
Holz 15000
Koks 30000
Benzin 42000
Propangas (ca 05 m3) 50000
Heizoumll extra leicht (Diesel) 42000
Der Heizwert eines Stoffes ist jene Energie die bei der Verbrennung von 1kg dieses Stoffes frei wird
Probleme Die Erdoumll- Erdgas und Kohlevorraumlte die bereits vor Millionen von Jahren entstanden sind werden erst seit dem 18 Jahrhundert in groszligen Mengen abgebautWenn der Energieverbrauch auf dem derzeitigen Niveau bleibt werden die Erdoumllreserven noch ca 50 - 100 Jahre reichen
Die fossilen Brennstoffe setzen bei der Verbrennung das Treibhausgas CO2 frei das zu einer Klimaveraumlnderung fuumlhrt
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Die fossilen Brennstoffe setzen bei der Verbrennung das Treibhausgas CO2 frei das zu einer Klimaveraumlnderung fuumlhrt
Energie moumlglichst sparsam einsetzen Alternativenergien mehr foumlrdern
bull Solare Brauchwasserbereitungbull Nutzung der Sonnenenergie zum Heizenbull Waumlrmepumpenbull Isolieren von Gebaumluden
Kapitel 6 Waumlrmelehre
65 HeizsystemeLies Buch S 13
Fruumlher Ofen (Holz Kohle) fuumlr jedes ZimmerHeute meist Warmwasser-Zentralheizung
Wasser wird im Heizkessel erwaumlrmt und mit einer Umwaumllzpumpe in die Heizkoumlrper transportiert (Vorlauf) Das Wasser gibt im Heizkoumlrper seine Waumlrme ab und flieszligt uumlber den Ruumlcklauf in den Heizkessel Die Beheizung des Heizkessels kann mit Holz Kohle Oumll Gas erfolgen Billiger und umweltfreundlicher ist der Betrieb einer Waumlrmepumpe (Anschaffung ist teurer) Mit einem Einsatz von 1 kWh bekommt man 4 kWh an Waumlrmeenergie (34 kommen aus der Umgebung) Heizsystem muss passen (niedere Vorlauftemperatur (max 55degC))
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Alternative Beheizungen
bull Kachelofen (mit Umluft auch fuumlr mehrere Raumlume verwendbar)bull Warmluftkollektoren mit Geroumlllspeicherbull Sonnenkollektoren sind houmlchstens als Vorheizung im Winter
geeignetbull Fuumlr die Bereitung von Warmwasser sind sie fuumlr das
Sommerhalbjahr aber ideal (April - Sept) Man kann damit 60 des Warmwasserbedarfs decken
Hausuumlbung Preise fuumlr Gas Heizoumll und Kohle erfragen Heizkosten fuumlr Einfamilienhaus pro Heizsaison Herausfinden welches Heizsystem zuhause verwendet wird
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Erhebung Heizsysteme
Flaumlche
ieWaumlrmeenerg
Art der Heizung
Verbrauchte Heizmaterialmenge (Liter msup3 kwh)
Heizwert des Heizmaterials
Waumlrmeenergie = Heizwert x Menge
Flaumlcheninhalt der beheizten Flaumlche
bdquoEnergiekennzahlldquo =
Anzahl der Personen
Energieverbrauch pro Person
Art der Warmwasserbereitung (elektr Sonne mit Heizung)
Ist die Warmwasserbereitung in der obigen Heizmaterialmenge enthalten
Kapitel 6 Waumlrmelehre
66 Brandbekaumlmpfung Lies Buch S 14
Voraussetzungen fuumlr Verbrennung
Brennbarer Stoff und Sauerstoff
Ein Maszlig fuumlr die Feuergefaumlhrlichkeit eines Stoffes ist sein Flammpunkt Darunter versteht man jene Temperatur von der an sich das Gemisch aus dem Dampf des brennbaren Stoffes mit der Luft entzuumlnden laumlsst
Flammpunkte Ether -40degCBenzin -20degCDieseloumll 55degC
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Brandbekaumlmpfung
bull Abkuumlhlen der brennbaren Stoffe z B mit Wasser Achtung nicht bei brennenden Fluumlssigkeiten
bull Verhindern der Sauerstoffzufuhr feuchte Decken uumlber den brennenden Koumlrper Feuerloumlscher ist meist mit Kohlendioxid gefuumlllt (verhindert Luftzufuhr)
Feuerwehr 122Rettung 144Gendarmerie 133
Kapitel 6 Waumlrmelehre
67 Zustandsaumlnderungen
Alle Gegenstaumlnde werden als Koumlrper bezeichnet
Sie treten in verschiedenen Zustandsformen auf
Festkoumlrper
Fluumlssigkeiten
Gase
fluumlssig
fest
gasfoumlrmig
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Eiswuumlrfel in die Hand nehmen Er wird allmaumlhlich zu Wasser Dazu ist Waumlrme noumltigZum Sieden ist ebenfalls Waumlrme noumltig
Aggregatzustandsaumlnderungen
Festkoumlrper
Gas
Fluumlssigkeit
Schmelzen
Erstarren
Sublimieren
Resublimieren Verdampfen
Kondensieren
Uumlberlegungen
Die Uumlbergaumlnge sind mit Waumlrmezufuhr bzw mit Waumlrmeabgabe verbunden
Auch Aumlnderungen des Druckes koumlnnen zu Aggregatzustandsaumlnde-rungen fuumlhrenz B Propangas wird in Flaschen unter sehr hohen Druck gesetzt dadurch wird es dort fluumlssig
Kapitel 6 Waumlrmelehre
671 Schmelzen und ErstarrenVersuch
1 Liter Wasser mit 80degC und 1 kg Eis werden zusammengemischt Vgl Abb 111 Seite 17
Ergebnis
Es entstehen 2 kg Wasser mit einer Temperatur von 0degC
Wir berechnen die eingesetzte Waumlrmeenergie
Um Wasser von 0degC auf 80degC zu erwaumlrmen benoumltigen wir 80middot4187 kJ = 33496 kJ
Diese Waumlrme benoumltigen wir fuumlr das Schmelzen von 1kg Eis
Die Schmelzwaumlrme eines Stoffes ist jene Waumlrmeenergie die noumltig ist um 1kg eines Stoffes beim Schmelzpunkt vom festen in den fluumlssigen Zustand zu bringen
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Die Schmelzwaumlrme des Eises betraumlgt 335 kJkg
Diese Waumlrme ist im Vergleich zu anderen Stoffen ziemlich groszlig
Beim Uumlbergang vom fluumlssigen in den festen Zustand wird die Erstarrungswaumlrme freiDie Erstarrungswaumlrme ist gleich groszlig wie die Schmelzwaumlrme
Anwendung Frostbekaumlmpfung Lies B S 17 Abb 112
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Volumsaumlnderungen beim Schmelzen und Erstarren
Versuch1
Paraffin erstarren lassen rarr Es zieht sich zusammen
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Versuch2
Kaumlltemischung mit drei Teilen Eis und einem Teil Kochsalz herstellen Eine Eprouvette mit 10 cm Wassersaumlule langsam hineingeben
rarr Wasser erstarrt und dehnt sich um ca 111 des Volumens aus
Die meisten Stoffe dehnen sich beim Schmelzen aus und ziehen sich beim Erstarren zusammen
Ausnahme Wasser Das Wasser dehnt sich beim Gefrieren
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Bedeutung in der Natur Uumlberlege Aufgaben 111 bis 115 B S 18
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Loumlten und Schweiszligen
Lies Buch Seite 19
Metalle koumlnnen durch Loumlten bzw Schweiszligen miteinander verbunden werden
Kapitel 6 Waumlrmelehre
672 Anomalie des Wassers Die meisten Fluumlssigkeiten beanspruchen bei houmlherer Temperatur ein groumlszligeres Volumen (Sie dehnen sich aus vgl Fluumlssigkeitsthermometer)
degC
degC
4degC
0degC
Bei Wasser zeigt sich zwischen 0degC und 4degC ein anderes Verhalten
Versuch
Hohes Glas mit Wasser und zerkleinertem Eis gefuumlllt Gut mischen
2 Thermometer T1 taucht bis zum Boden ein T2 taucht bis zur schwimmenden Eisschicht ein
Ergebnis T1 zeigt 4degC T2 zeigt 0degC
Folgerung Das Wasser mit der groumlszligeren Dichte sammelt sich unten an
Wasser hat bei 4degC seine groumlszligte Dichte und sein kleinstes Volumen
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Hausuumlbung Abb 132 Seite 20 zeichnen (beide Bilder)Die Anomalie des Wassers hat eine groszlige Bedeutung fuumlr die Wasserlebewesen Wasser gefriert von oben zu Tiefe Gewaumlsser gefrieren nie bis zum Boden
Winter Sommer
Kapitel 6 Waumlrmelehre
673 Verdampfen Sieden Verdunsten
Sieden erfolgt bei einer ganz bestimmten Temperatur
Wh Wie haben wir die Temperatureinheit Grad Celsius festgelegt
Verdunsten erfolgt bei beliebiger Temperatur (Ist ein Vorgang an der Oberflaumlche der Fluumlssigkeit)
Wir haben gelernt Wasser siedet bei Normaldruck (1013 mbar) bei 100degC
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Gibt man Wasser in einen abgeschlossenen Topf und erhitzt es so siedet es erst bei houmlherer Temperatur
Grund Der Druck ist houmlher und erhoumlht damit den Siedepunkt
Anwendung Dampfdruckkochtopf (Schnellkochtopf) (Achtung Sicherheitsventil noumltig)Dort sieden die Speisen erst bei etwa 125 degC Dies hat den Vorteil dass die Speisen schneller gar werden (Lebenswichtige Vitamine und Mineralsalze bleiben erhalten)
Die Siedetemperatur haumlngt vom Druck ab Bei houmlherem Druck wird sie houmlher bei geringerem erniedrigt sie sich
Abhaumlngigkeit der Siedetemperatur vom Druck
Versuch Becherglas mit Wasser von Zimmertemperatur gefuumlllt unter Vakuumpumpe
Ergebnis Wasser siedet bei sehr kleinem Druck bereits bei Zimmertemperatur
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Die Verdampfungswaumlrme
Beim Sieden stellt man fest dass man beim Siedepunkt staumlndig Waumlrme zufuumlhrt ohne dass sich die Temperatur erhoumlht
Diese Waumlrmeenergie wird benoumltigt dass sich der Dampf ausdehnen kann Er benoumltigt ein viel groumlszligeres Volumen als die Fluumlssigkeit
(1 dmsup3 Wasser rarr 1700 dmsup3 Dampf) Zwischen den Dampfmolekuumllen herrschen fast keine Molekularkraumlfte
Die Verdampfungswaumlrme ist jene Waumlrmeenergie die noumltig ist um 1kg einer Fluumlssigkeit beim Siedepunkt in den dampffoumlrmigen Zustand zu bringen
Beim Verdunsten haben wir die Verdunstungskaumllte
Die Verdampfungswaumlrme des Wassers betraumlgt 2260 kJkg
Vergleiche Tabelle Buch S 22
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Versuch Uhrglas auf Korken mit Wassertropfen stellen In das Uhrglas ein paar Tropfen Aumlther gieszligen und rasch mit Geblaumlse zum Verdunsten bringen
Versuch Wattebausch in Spiritus oder Aumlther eintauchen und um ein Thermometer wickelnErgebnis Es kuumlhlt ab
Ergebnis Es bildet sich eine Eisschicht infolge der Verdunstungskaumllte
Aufgaben 141 bis 146 Buch Seite 22
Kapitel 6 Waumlrmelehre
674 Verfluumlssigung (Kondensation)Uumlbergang Gasfoumlrmig rarr fluumlssig
Dies wird durch Abkuumlhlen erreicht
Versuch Wir bringen in einem Kolben Wasser zum Sieden Den Wasserdampf leiten wir in ein Gefaumlszlig mit kaltem Wasser dessen Masse und Temperatur wir vorher bestimmt haben
Nach einer gewissen Zeit messen wir wieder die Temperatur des Wassers und die Masse
Die Masse hat nur wenig zugenommen die Temperatur verhaumlltnismaumlszligig viel
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Versuchsergebnis 3f Klasse (27 3 2008)m1 = 2724 g = 02724 kgt1 = 209 degCm2 = 2922 g = 02922 kgt2 = 352 degCmD = 00198 kg Masse des Wasserdampfs der kondensiert istΔT = 143 degC
Waumlrmemenge um m1 um ΔT zu erwaumlrmen
Q1 = 4187middot02724middot143 = 163097 J
Waumlrmemenge die der kondensierte Wasserdampf mD beim Abkuumlhlen von 100degC auf 352 degC abgegeben hat
Q2 = 4187middot00198middot648 = 53721 J ist viel weniger
Der groumlszligere Teil stammt von der Kondensationswaumlrme QK = 109376 J
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Destillieren
Als Destillieren bezeichnet man das Verdampfen einer Fluumlssigkeit und das anschlieszligende VerfluumlssigenDiese Methode kann verwendet werden um Fluumlssigkeitsgemische mit verschiedenem Siedepunkt zu trennen bzw zu reinigen
Beispiele Schnaps-Brennen Fraktionierte Destillation des Erdoumlls
Fuumlhre Aufgabe 151 B S 23 aus
Kapitel 6 Waumlrmelehre
675 Die Waumlrmepumpe
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Vorgaumlnge bei der Waumlrmepumpe 1 Verdampfen
Fluumlssiges Kaumlltemittel wird bei niederem Druck verdampft Die Verdampfungs-waumlrme wird der Umgebung entzogen (Grundwasser Fluss Erdreich Luft )
2 Verdichten Der Kompressor saugt das dampffoumlrmige Kaumlltemittel an und verdichtet es Dabei erwaumlrmt es sich bleibt aber dampffoumlrmig
3 Verfluumlssigen Der uumlberhitzte Dampf wird vom Verfluumlssiger abgekuumlhlt Dabei kondensiert das Kaumlltemittel und gibt die Kondensationswaumlrme ab Der Verfluumlssiger wird fuumlr den Heizkreislauf verwendet
4 Entspannen Das Expansionsventil gleicht den Druckunterschied aus Das jetzt wieder fluumlssige Kaumlltemittel gelangt in den Verdampfer zuruumlck
Vorgang 1 bis 4 wiederholt sich rarrKreisprozess
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Versuch
Wir erwaumlrmen 5 kg Wasser
Temperatur Elektrische Energie
vorher 25degC
nachher 50degC
∆T = 25degC 25degC 6394 Wh
Erhaltene Waumlrmeenergie Q = 41875 25 = 523375 J = 14538 Wh
Guumlteziffer Erhaltene Energie hineingesteckte EnergieGuumlteziffer = 145386394= 227
Das heiszligt Wir erhalten doppelt soviel wie wir hineingesteckt haben
Bei heutigen Waumlrmepumpen erzielen wir die Guumlteziffern von 4
Bemerkung Der Kuumlhlschrank ist eine umgekehrt betriebene Waumlrmepumpe
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Gute Waumlrmeleiter
Metalle
Anwendung Kuumlhlrippen Kochtopf Heizkoumlrper aus Metall hellip
Schlechte Waumlrmeleiter (Isolatoren)
Sie sollen den Waumlrmetransport verhindern
Holz Stoffe Kunststoffe
Steinwolle Styropor Kork zum Daumlmmen von Gebaumluden
Verbundglasfenster mit Luftschicht als Isolator
Fluumlssigkeiten
Gase
Buch Seite 8 Aufg 31 und 32
31 Ummantelung mit Steinwolle oder Schaumgummi32 Bakelit bzw Kunststoff
Kapitel 6 Waumlrmelehre
632 Waumlrmestroumlmung
Bei der Waumlrmestroumlmung bewegen sich die Teilchen in einer Richtung
Das waumlrmere Wasser hat eine geringere Dichte als das kaumlltere und steigt daher hoch
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Anwendungen zur Waumlrmestroumlmung
Kaminwirkung
Die warmen Abgase steigen nach oben
Zentralheizung
Luumlften von Raumlumen (warme Luft geht beim Fenster oben hinaus kalte sinkt herein)
Aufwinde an Suumldhaumlngen
Vgl B S 13
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Aufgabe Buch Seite 9 Aufg 41 und 42
Zu 41 Luft zirkuliert im Zimmer
Zu 42 Decke weil sich dort die warme Luft ansammelt
Golfstrom warme Meeresstroumlmung im noumlrdlichen Atlantik Der Golfstrom entsteht aus der Vereinigung von Florida- und Antillenstrom noumlrdlich der Bahamainseln und erstreckt sich bis suumldlich der Neufundlandbank Dort flieszligt ein groszliger Teil des Golfstroms nach Suumldosten und spaumlter nach Suumldwesten und bleibt im Nordamerikanischen Becken Der verbleibende Teil umstroumlmt die Neufundlandbank und beginnt als Nordatlantischer Strom in Richtung Europa zu flieszligen Das von ihm mitgefuumlhrte Wasser erhoumlht die Wasser- und Lufttemperaturen vor Nordwesteuropa
Zu 43
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Beispielebull Sonnenenergie durch das
Weltallbull Heizstrahler im Badbull Starker Scheinwerferbull Strahlung eines Kachelofens
633 Waumlrmestrahlung
Breitet sich die Waumlrme ohne ein Medium aus sprechen wir von Waumlrmestrahlung
Die Strahlung breitet sich geradlinig aus
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Versuch zur Waumlrmestrahlung
Dunkle und raue Koumlrper absorbieren mehr Waumlrme Sie strahlen auch mehr Waumlrme ab als glatte und helle
degC degC
schwarz silbrig
Anwendung Sonnenkollektor In ihm wird die Sonnenstrahlung verwendet um Wasser zu erwaumlrmenDie Aufstellung sollte nach Suumlden sein Sehr guumlnstig 45deg Neigung
bull Schwarzes Blech wird schneller heiszlig
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Schema einer thermischen Solaranlage
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Die Erwaumlrmung einer Flaumlche haumlngt vom Einfallswinkel der Waumlrmestrahlen ab
l
l
Auf dieselbe Flaumlche fallen bei schraumlgem Einfall weniger Strahlen
Damit laumlsst sich auch Sommer - Winter erklaumlren
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Zusammenfassung S 11 abschreiben
Seite 11 Aufgabe 51 Weiszlige (helle) Kleider52 Schmelzen53 Dass die Strahlen reflektiert werden
Fuumlhre die Aufgaben S 11 Nr 51 52 und 53 aus
Aufbau einer Thermoskanne
Metall wegen Reflexion der StrahlenGlas schlechter WaumlrmeleiterVakuum Schlechter Waumlrmeleiter Verhindert Waumlrmestroumlmung
Kapitel 6 Waumlrmelehre
64 Brennstoffe und ihr HeizwertLies B S 12
Fossile Brennstoffe Holz Kohle Heizoumll Erdgas Propangas uswSie sind alle durch die Sonnenstrahlung entstanden (Wachstum der Pflanzen)
Sie geben bei der Verbrennung um so mehr Waumlrme ab je mehr sie Kohlenstoff enthalten
Um die Brennstoffe vergleichen zu koumlnnen wird der Heizwert eingefuumlhrt
Der Heizwert eines Stoffes ist jene Energie die bei der Verbrennung von 1kg dieses Stoffes frei wird
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Stoff Heizwert in kJkg
Holz 15000
Koks 30000
Benzin 42000
Propangas (ca 05 m3) 50000
Heizoumll extra leicht (Diesel) 42000
Der Heizwert eines Stoffes ist jene Energie die bei der Verbrennung von 1kg dieses Stoffes frei wird
Probleme Die Erdoumll- Erdgas und Kohlevorraumlte die bereits vor Millionen von Jahren entstanden sind werden erst seit dem 18 Jahrhundert in groszligen Mengen abgebautWenn der Energieverbrauch auf dem derzeitigen Niveau bleibt werden die Erdoumllreserven noch ca 50 - 100 Jahre reichen
Die fossilen Brennstoffe setzen bei der Verbrennung das Treibhausgas CO2 frei das zu einer Klimaveraumlnderung fuumlhrt
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Die fossilen Brennstoffe setzen bei der Verbrennung das Treibhausgas CO2 frei das zu einer Klimaveraumlnderung fuumlhrt
Energie moumlglichst sparsam einsetzen Alternativenergien mehr foumlrdern
bull Solare Brauchwasserbereitungbull Nutzung der Sonnenenergie zum Heizenbull Waumlrmepumpenbull Isolieren von Gebaumluden
Kapitel 6 Waumlrmelehre
65 HeizsystemeLies Buch S 13
Fruumlher Ofen (Holz Kohle) fuumlr jedes ZimmerHeute meist Warmwasser-Zentralheizung
Wasser wird im Heizkessel erwaumlrmt und mit einer Umwaumllzpumpe in die Heizkoumlrper transportiert (Vorlauf) Das Wasser gibt im Heizkoumlrper seine Waumlrme ab und flieszligt uumlber den Ruumlcklauf in den Heizkessel Die Beheizung des Heizkessels kann mit Holz Kohle Oumll Gas erfolgen Billiger und umweltfreundlicher ist der Betrieb einer Waumlrmepumpe (Anschaffung ist teurer) Mit einem Einsatz von 1 kWh bekommt man 4 kWh an Waumlrmeenergie (34 kommen aus der Umgebung) Heizsystem muss passen (niedere Vorlauftemperatur (max 55degC))
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Alternative Beheizungen
bull Kachelofen (mit Umluft auch fuumlr mehrere Raumlume verwendbar)bull Warmluftkollektoren mit Geroumlllspeicherbull Sonnenkollektoren sind houmlchstens als Vorheizung im Winter
geeignetbull Fuumlr die Bereitung von Warmwasser sind sie fuumlr das
Sommerhalbjahr aber ideal (April - Sept) Man kann damit 60 des Warmwasserbedarfs decken
Hausuumlbung Preise fuumlr Gas Heizoumll und Kohle erfragen Heizkosten fuumlr Einfamilienhaus pro Heizsaison Herausfinden welches Heizsystem zuhause verwendet wird
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Erhebung Heizsysteme
Flaumlche
ieWaumlrmeenerg
Art der Heizung
Verbrauchte Heizmaterialmenge (Liter msup3 kwh)
Heizwert des Heizmaterials
Waumlrmeenergie = Heizwert x Menge
Flaumlcheninhalt der beheizten Flaumlche
bdquoEnergiekennzahlldquo =
Anzahl der Personen
Energieverbrauch pro Person
Art der Warmwasserbereitung (elektr Sonne mit Heizung)
Ist die Warmwasserbereitung in der obigen Heizmaterialmenge enthalten
Kapitel 6 Waumlrmelehre
66 Brandbekaumlmpfung Lies Buch S 14
Voraussetzungen fuumlr Verbrennung
Brennbarer Stoff und Sauerstoff
Ein Maszlig fuumlr die Feuergefaumlhrlichkeit eines Stoffes ist sein Flammpunkt Darunter versteht man jene Temperatur von der an sich das Gemisch aus dem Dampf des brennbaren Stoffes mit der Luft entzuumlnden laumlsst
Flammpunkte Ether -40degCBenzin -20degCDieseloumll 55degC
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Brandbekaumlmpfung
bull Abkuumlhlen der brennbaren Stoffe z B mit Wasser Achtung nicht bei brennenden Fluumlssigkeiten
bull Verhindern der Sauerstoffzufuhr feuchte Decken uumlber den brennenden Koumlrper Feuerloumlscher ist meist mit Kohlendioxid gefuumlllt (verhindert Luftzufuhr)
Feuerwehr 122Rettung 144Gendarmerie 133
Kapitel 6 Waumlrmelehre
67 Zustandsaumlnderungen
Alle Gegenstaumlnde werden als Koumlrper bezeichnet
Sie treten in verschiedenen Zustandsformen auf
Festkoumlrper
Fluumlssigkeiten
Gase
fluumlssig
fest
gasfoumlrmig
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Eiswuumlrfel in die Hand nehmen Er wird allmaumlhlich zu Wasser Dazu ist Waumlrme noumltigZum Sieden ist ebenfalls Waumlrme noumltig
Aggregatzustandsaumlnderungen
Festkoumlrper
Gas
Fluumlssigkeit
Schmelzen
Erstarren
Sublimieren
Resublimieren Verdampfen
Kondensieren
Uumlberlegungen
Die Uumlbergaumlnge sind mit Waumlrmezufuhr bzw mit Waumlrmeabgabe verbunden
Auch Aumlnderungen des Druckes koumlnnen zu Aggregatzustandsaumlnde-rungen fuumlhrenz B Propangas wird in Flaschen unter sehr hohen Druck gesetzt dadurch wird es dort fluumlssig
Kapitel 6 Waumlrmelehre
671 Schmelzen und ErstarrenVersuch
1 Liter Wasser mit 80degC und 1 kg Eis werden zusammengemischt Vgl Abb 111 Seite 17
Ergebnis
Es entstehen 2 kg Wasser mit einer Temperatur von 0degC
Wir berechnen die eingesetzte Waumlrmeenergie
Um Wasser von 0degC auf 80degC zu erwaumlrmen benoumltigen wir 80middot4187 kJ = 33496 kJ
Diese Waumlrme benoumltigen wir fuumlr das Schmelzen von 1kg Eis
Die Schmelzwaumlrme eines Stoffes ist jene Waumlrmeenergie die noumltig ist um 1kg eines Stoffes beim Schmelzpunkt vom festen in den fluumlssigen Zustand zu bringen
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Die Schmelzwaumlrme des Eises betraumlgt 335 kJkg
Diese Waumlrme ist im Vergleich zu anderen Stoffen ziemlich groszlig
Beim Uumlbergang vom fluumlssigen in den festen Zustand wird die Erstarrungswaumlrme freiDie Erstarrungswaumlrme ist gleich groszlig wie die Schmelzwaumlrme
Anwendung Frostbekaumlmpfung Lies B S 17 Abb 112
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Volumsaumlnderungen beim Schmelzen und Erstarren
Versuch1
Paraffin erstarren lassen rarr Es zieht sich zusammen
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Versuch2
Kaumlltemischung mit drei Teilen Eis und einem Teil Kochsalz herstellen Eine Eprouvette mit 10 cm Wassersaumlule langsam hineingeben
rarr Wasser erstarrt und dehnt sich um ca 111 des Volumens aus
Die meisten Stoffe dehnen sich beim Schmelzen aus und ziehen sich beim Erstarren zusammen
Ausnahme Wasser Das Wasser dehnt sich beim Gefrieren
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Bedeutung in der Natur Uumlberlege Aufgaben 111 bis 115 B S 18
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Loumlten und Schweiszligen
Lies Buch Seite 19
Metalle koumlnnen durch Loumlten bzw Schweiszligen miteinander verbunden werden
Kapitel 6 Waumlrmelehre
672 Anomalie des Wassers Die meisten Fluumlssigkeiten beanspruchen bei houmlherer Temperatur ein groumlszligeres Volumen (Sie dehnen sich aus vgl Fluumlssigkeitsthermometer)
degC
degC
4degC
0degC
Bei Wasser zeigt sich zwischen 0degC und 4degC ein anderes Verhalten
Versuch
Hohes Glas mit Wasser und zerkleinertem Eis gefuumlllt Gut mischen
2 Thermometer T1 taucht bis zum Boden ein T2 taucht bis zur schwimmenden Eisschicht ein
Ergebnis T1 zeigt 4degC T2 zeigt 0degC
Folgerung Das Wasser mit der groumlszligeren Dichte sammelt sich unten an
Wasser hat bei 4degC seine groumlszligte Dichte und sein kleinstes Volumen
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Hausuumlbung Abb 132 Seite 20 zeichnen (beide Bilder)Die Anomalie des Wassers hat eine groszlige Bedeutung fuumlr die Wasserlebewesen Wasser gefriert von oben zu Tiefe Gewaumlsser gefrieren nie bis zum Boden
Winter Sommer
Kapitel 6 Waumlrmelehre
673 Verdampfen Sieden Verdunsten
Sieden erfolgt bei einer ganz bestimmten Temperatur
Wh Wie haben wir die Temperatureinheit Grad Celsius festgelegt
Verdunsten erfolgt bei beliebiger Temperatur (Ist ein Vorgang an der Oberflaumlche der Fluumlssigkeit)
Wir haben gelernt Wasser siedet bei Normaldruck (1013 mbar) bei 100degC
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Gibt man Wasser in einen abgeschlossenen Topf und erhitzt es so siedet es erst bei houmlherer Temperatur
Grund Der Druck ist houmlher und erhoumlht damit den Siedepunkt
Anwendung Dampfdruckkochtopf (Schnellkochtopf) (Achtung Sicherheitsventil noumltig)Dort sieden die Speisen erst bei etwa 125 degC Dies hat den Vorteil dass die Speisen schneller gar werden (Lebenswichtige Vitamine und Mineralsalze bleiben erhalten)
Die Siedetemperatur haumlngt vom Druck ab Bei houmlherem Druck wird sie houmlher bei geringerem erniedrigt sie sich
Abhaumlngigkeit der Siedetemperatur vom Druck
Versuch Becherglas mit Wasser von Zimmertemperatur gefuumlllt unter Vakuumpumpe
Ergebnis Wasser siedet bei sehr kleinem Druck bereits bei Zimmertemperatur
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Die Verdampfungswaumlrme
Beim Sieden stellt man fest dass man beim Siedepunkt staumlndig Waumlrme zufuumlhrt ohne dass sich die Temperatur erhoumlht
Diese Waumlrmeenergie wird benoumltigt dass sich der Dampf ausdehnen kann Er benoumltigt ein viel groumlszligeres Volumen als die Fluumlssigkeit
(1 dmsup3 Wasser rarr 1700 dmsup3 Dampf) Zwischen den Dampfmolekuumllen herrschen fast keine Molekularkraumlfte
Die Verdampfungswaumlrme ist jene Waumlrmeenergie die noumltig ist um 1kg einer Fluumlssigkeit beim Siedepunkt in den dampffoumlrmigen Zustand zu bringen
Beim Verdunsten haben wir die Verdunstungskaumllte
Die Verdampfungswaumlrme des Wassers betraumlgt 2260 kJkg
Vergleiche Tabelle Buch S 22
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Versuch Uhrglas auf Korken mit Wassertropfen stellen In das Uhrglas ein paar Tropfen Aumlther gieszligen und rasch mit Geblaumlse zum Verdunsten bringen
Versuch Wattebausch in Spiritus oder Aumlther eintauchen und um ein Thermometer wickelnErgebnis Es kuumlhlt ab
Ergebnis Es bildet sich eine Eisschicht infolge der Verdunstungskaumllte
Aufgaben 141 bis 146 Buch Seite 22
Kapitel 6 Waumlrmelehre
674 Verfluumlssigung (Kondensation)Uumlbergang Gasfoumlrmig rarr fluumlssig
Dies wird durch Abkuumlhlen erreicht
Versuch Wir bringen in einem Kolben Wasser zum Sieden Den Wasserdampf leiten wir in ein Gefaumlszlig mit kaltem Wasser dessen Masse und Temperatur wir vorher bestimmt haben
Nach einer gewissen Zeit messen wir wieder die Temperatur des Wassers und die Masse
Die Masse hat nur wenig zugenommen die Temperatur verhaumlltnismaumlszligig viel
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Versuchsergebnis 3f Klasse (27 3 2008)m1 = 2724 g = 02724 kgt1 = 209 degCm2 = 2922 g = 02922 kgt2 = 352 degCmD = 00198 kg Masse des Wasserdampfs der kondensiert istΔT = 143 degC
Waumlrmemenge um m1 um ΔT zu erwaumlrmen
Q1 = 4187middot02724middot143 = 163097 J
Waumlrmemenge die der kondensierte Wasserdampf mD beim Abkuumlhlen von 100degC auf 352 degC abgegeben hat
Q2 = 4187middot00198middot648 = 53721 J ist viel weniger
Der groumlszligere Teil stammt von der Kondensationswaumlrme QK = 109376 J
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Destillieren
Als Destillieren bezeichnet man das Verdampfen einer Fluumlssigkeit und das anschlieszligende VerfluumlssigenDiese Methode kann verwendet werden um Fluumlssigkeitsgemische mit verschiedenem Siedepunkt zu trennen bzw zu reinigen
Beispiele Schnaps-Brennen Fraktionierte Destillation des Erdoumlls
Fuumlhre Aufgabe 151 B S 23 aus
Kapitel 6 Waumlrmelehre
675 Die Waumlrmepumpe
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Vorgaumlnge bei der Waumlrmepumpe 1 Verdampfen
Fluumlssiges Kaumlltemittel wird bei niederem Druck verdampft Die Verdampfungs-waumlrme wird der Umgebung entzogen (Grundwasser Fluss Erdreich Luft )
2 Verdichten Der Kompressor saugt das dampffoumlrmige Kaumlltemittel an und verdichtet es Dabei erwaumlrmt es sich bleibt aber dampffoumlrmig
3 Verfluumlssigen Der uumlberhitzte Dampf wird vom Verfluumlssiger abgekuumlhlt Dabei kondensiert das Kaumlltemittel und gibt die Kondensationswaumlrme ab Der Verfluumlssiger wird fuumlr den Heizkreislauf verwendet
4 Entspannen Das Expansionsventil gleicht den Druckunterschied aus Das jetzt wieder fluumlssige Kaumlltemittel gelangt in den Verdampfer zuruumlck
Vorgang 1 bis 4 wiederholt sich rarrKreisprozess
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Versuch
Wir erwaumlrmen 5 kg Wasser
Temperatur Elektrische Energie
vorher 25degC
nachher 50degC
∆T = 25degC 25degC 6394 Wh
Erhaltene Waumlrmeenergie Q = 41875 25 = 523375 J = 14538 Wh
Guumlteziffer Erhaltene Energie hineingesteckte EnergieGuumlteziffer = 145386394= 227
Das heiszligt Wir erhalten doppelt soviel wie wir hineingesteckt haben
Bei heutigen Waumlrmepumpen erzielen wir die Guumlteziffern von 4
Bemerkung Der Kuumlhlschrank ist eine umgekehrt betriebene Waumlrmepumpe
Kapitel 6 Waumlrmelehre
632 Waumlrmestroumlmung
Bei der Waumlrmestroumlmung bewegen sich die Teilchen in einer Richtung
Das waumlrmere Wasser hat eine geringere Dichte als das kaumlltere und steigt daher hoch
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Anwendungen zur Waumlrmestroumlmung
Kaminwirkung
Die warmen Abgase steigen nach oben
Zentralheizung
Luumlften von Raumlumen (warme Luft geht beim Fenster oben hinaus kalte sinkt herein)
Aufwinde an Suumldhaumlngen
Vgl B S 13
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Aufgabe Buch Seite 9 Aufg 41 und 42
Zu 41 Luft zirkuliert im Zimmer
Zu 42 Decke weil sich dort die warme Luft ansammelt
Golfstrom warme Meeresstroumlmung im noumlrdlichen Atlantik Der Golfstrom entsteht aus der Vereinigung von Florida- und Antillenstrom noumlrdlich der Bahamainseln und erstreckt sich bis suumldlich der Neufundlandbank Dort flieszligt ein groszliger Teil des Golfstroms nach Suumldosten und spaumlter nach Suumldwesten und bleibt im Nordamerikanischen Becken Der verbleibende Teil umstroumlmt die Neufundlandbank und beginnt als Nordatlantischer Strom in Richtung Europa zu flieszligen Das von ihm mitgefuumlhrte Wasser erhoumlht die Wasser- und Lufttemperaturen vor Nordwesteuropa
Zu 43
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Beispielebull Sonnenenergie durch das
Weltallbull Heizstrahler im Badbull Starker Scheinwerferbull Strahlung eines Kachelofens
633 Waumlrmestrahlung
Breitet sich die Waumlrme ohne ein Medium aus sprechen wir von Waumlrmestrahlung
Die Strahlung breitet sich geradlinig aus
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Versuch zur Waumlrmestrahlung
Dunkle und raue Koumlrper absorbieren mehr Waumlrme Sie strahlen auch mehr Waumlrme ab als glatte und helle
degC degC
schwarz silbrig
Anwendung Sonnenkollektor In ihm wird die Sonnenstrahlung verwendet um Wasser zu erwaumlrmenDie Aufstellung sollte nach Suumlden sein Sehr guumlnstig 45deg Neigung
bull Schwarzes Blech wird schneller heiszlig
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Schema einer thermischen Solaranlage
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Die Erwaumlrmung einer Flaumlche haumlngt vom Einfallswinkel der Waumlrmestrahlen ab
l
l
Auf dieselbe Flaumlche fallen bei schraumlgem Einfall weniger Strahlen
Damit laumlsst sich auch Sommer - Winter erklaumlren
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Zusammenfassung S 11 abschreiben
Seite 11 Aufgabe 51 Weiszlige (helle) Kleider52 Schmelzen53 Dass die Strahlen reflektiert werden
Fuumlhre die Aufgaben S 11 Nr 51 52 und 53 aus
Aufbau einer Thermoskanne
Metall wegen Reflexion der StrahlenGlas schlechter WaumlrmeleiterVakuum Schlechter Waumlrmeleiter Verhindert Waumlrmestroumlmung
Kapitel 6 Waumlrmelehre
64 Brennstoffe und ihr HeizwertLies B S 12
Fossile Brennstoffe Holz Kohle Heizoumll Erdgas Propangas uswSie sind alle durch die Sonnenstrahlung entstanden (Wachstum der Pflanzen)
Sie geben bei der Verbrennung um so mehr Waumlrme ab je mehr sie Kohlenstoff enthalten
Um die Brennstoffe vergleichen zu koumlnnen wird der Heizwert eingefuumlhrt
Der Heizwert eines Stoffes ist jene Energie die bei der Verbrennung von 1kg dieses Stoffes frei wird
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Stoff Heizwert in kJkg
Holz 15000
Koks 30000
Benzin 42000
Propangas (ca 05 m3) 50000
Heizoumll extra leicht (Diesel) 42000
Der Heizwert eines Stoffes ist jene Energie die bei der Verbrennung von 1kg dieses Stoffes frei wird
Probleme Die Erdoumll- Erdgas und Kohlevorraumlte die bereits vor Millionen von Jahren entstanden sind werden erst seit dem 18 Jahrhundert in groszligen Mengen abgebautWenn der Energieverbrauch auf dem derzeitigen Niveau bleibt werden die Erdoumllreserven noch ca 50 - 100 Jahre reichen
Die fossilen Brennstoffe setzen bei der Verbrennung das Treibhausgas CO2 frei das zu einer Klimaveraumlnderung fuumlhrt
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Die fossilen Brennstoffe setzen bei der Verbrennung das Treibhausgas CO2 frei das zu einer Klimaveraumlnderung fuumlhrt
Energie moumlglichst sparsam einsetzen Alternativenergien mehr foumlrdern
bull Solare Brauchwasserbereitungbull Nutzung der Sonnenenergie zum Heizenbull Waumlrmepumpenbull Isolieren von Gebaumluden
Kapitel 6 Waumlrmelehre
65 HeizsystemeLies Buch S 13
Fruumlher Ofen (Holz Kohle) fuumlr jedes ZimmerHeute meist Warmwasser-Zentralheizung
Wasser wird im Heizkessel erwaumlrmt und mit einer Umwaumllzpumpe in die Heizkoumlrper transportiert (Vorlauf) Das Wasser gibt im Heizkoumlrper seine Waumlrme ab und flieszligt uumlber den Ruumlcklauf in den Heizkessel Die Beheizung des Heizkessels kann mit Holz Kohle Oumll Gas erfolgen Billiger und umweltfreundlicher ist der Betrieb einer Waumlrmepumpe (Anschaffung ist teurer) Mit einem Einsatz von 1 kWh bekommt man 4 kWh an Waumlrmeenergie (34 kommen aus der Umgebung) Heizsystem muss passen (niedere Vorlauftemperatur (max 55degC))
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Alternative Beheizungen
bull Kachelofen (mit Umluft auch fuumlr mehrere Raumlume verwendbar)bull Warmluftkollektoren mit Geroumlllspeicherbull Sonnenkollektoren sind houmlchstens als Vorheizung im Winter
geeignetbull Fuumlr die Bereitung von Warmwasser sind sie fuumlr das
Sommerhalbjahr aber ideal (April - Sept) Man kann damit 60 des Warmwasserbedarfs decken
Hausuumlbung Preise fuumlr Gas Heizoumll und Kohle erfragen Heizkosten fuumlr Einfamilienhaus pro Heizsaison Herausfinden welches Heizsystem zuhause verwendet wird
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Erhebung Heizsysteme
Flaumlche
ieWaumlrmeenerg
Art der Heizung
Verbrauchte Heizmaterialmenge (Liter msup3 kwh)
Heizwert des Heizmaterials
Waumlrmeenergie = Heizwert x Menge
Flaumlcheninhalt der beheizten Flaumlche
bdquoEnergiekennzahlldquo =
Anzahl der Personen
Energieverbrauch pro Person
Art der Warmwasserbereitung (elektr Sonne mit Heizung)
Ist die Warmwasserbereitung in der obigen Heizmaterialmenge enthalten
Kapitel 6 Waumlrmelehre
66 Brandbekaumlmpfung Lies Buch S 14
Voraussetzungen fuumlr Verbrennung
Brennbarer Stoff und Sauerstoff
Ein Maszlig fuumlr die Feuergefaumlhrlichkeit eines Stoffes ist sein Flammpunkt Darunter versteht man jene Temperatur von der an sich das Gemisch aus dem Dampf des brennbaren Stoffes mit der Luft entzuumlnden laumlsst
Flammpunkte Ether -40degCBenzin -20degCDieseloumll 55degC
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Brandbekaumlmpfung
bull Abkuumlhlen der brennbaren Stoffe z B mit Wasser Achtung nicht bei brennenden Fluumlssigkeiten
bull Verhindern der Sauerstoffzufuhr feuchte Decken uumlber den brennenden Koumlrper Feuerloumlscher ist meist mit Kohlendioxid gefuumlllt (verhindert Luftzufuhr)
Feuerwehr 122Rettung 144Gendarmerie 133
Kapitel 6 Waumlrmelehre
67 Zustandsaumlnderungen
Alle Gegenstaumlnde werden als Koumlrper bezeichnet
Sie treten in verschiedenen Zustandsformen auf
Festkoumlrper
Fluumlssigkeiten
Gase
fluumlssig
fest
gasfoumlrmig
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Eiswuumlrfel in die Hand nehmen Er wird allmaumlhlich zu Wasser Dazu ist Waumlrme noumltigZum Sieden ist ebenfalls Waumlrme noumltig
Aggregatzustandsaumlnderungen
Festkoumlrper
Gas
Fluumlssigkeit
Schmelzen
Erstarren
Sublimieren
Resublimieren Verdampfen
Kondensieren
Uumlberlegungen
Die Uumlbergaumlnge sind mit Waumlrmezufuhr bzw mit Waumlrmeabgabe verbunden
Auch Aumlnderungen des Druckes koumlnnen zu Aggregatzustandsaumlnde-rungen fuumlhrenz B Propangas wird in Flaschen unter sehr hohen Druck gesetzt dadurch wird es dort fluumlssig
Kapitel 6 Waumlrmelehre
671 Schmelzen und ErstarrenVersuch
1 Liter Wasser mit 80degC und 1 kg Eis werden zusammengemischt Vgl Abb 111 Seite 17
Ergebnis
Es entstehen 2 kg Wasser mit einer Temperatur von 0degC
Wir berechnen die eingesetzte Waumlrmeenergie
Um Wasser von 0degC auf 80degC zu erwaumlrmen benoumltigen wir 80middot4187 kJ = 33496 kJ
Diese Waumlrme benoumltigen wir fuumlr das Schmelzen von 1kg Eis
Die Schmelzwaumlrme eines Stoffes ist jene Waumlrmeenergie die noumltig ist um 1kg eines Stoffes beim Schmelzpunkt vom festen in den fluumlssigen Zustand zu bringen
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Die Schmelzwaumlrme des Eises betraumlgt 335 kJkg
Diese Waumlrme ist im Vergleich zu anderen Stoffen ziemlich groszlig
Beim Uumlbergang vom fluumlssigen in den festen Zustand wird die Erstarrungswaumlrme freiDie Erstarrungswaumlrme ist gleich groszlig wie die Schmelzwaumlrme
Anwendung Frostbekaumlmpfung Lies B S 17 Abb 112
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Volumsaumlnderungen beim Schmelzen und Erstarren
Versuch1
Paraffin erstarren lassen rarr Es zieht sich zusammen
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Versuch2
Kaumlltemischung mit drei Teilen Eis und einem Teil Kochsalz herstellen Eine Eprouvette mit 10 cm Wassersaumlule langsam hineingeben
rarr Wasser erstarrt und dehnt sich um ca 111 des Volumens aus
Die meisten Stoffe dehnen sich beim Schmelzen aus und ziehen sich beim Erstarren zusammen
Ausnahme Wasser Das Wasser dehnt sich beim Gefrieren
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Bedeutung in der Natur Uumlberlege Aufgaben 111 bis 115 B S 18
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Loumlten und Schweiszligen
Lies Buch Seite 19
Metalle koumlnnen durch Loumlten bzw Schweiszligen miteinander verbunden werden
Kapitel 6 Waumlrmelehre
672 Anomalie des Wassers Die meisten Fluumlssigkeiten beanspruchen bei houmlherer Temperatur ein groumlszligeres Volumen (Sie dehnen sich aus vgl Fluumlssigkeitsthermometer)
degC
degC
4degC
0degC
Bei Wasser zeigt sich zwischen 0degC und 4degC ein anderes Verhalten
Versuch
Hohes Glas mit Wasser und zerkleinertem Eis gefuumlllt Gut mischen
2 Thermometer T1 taucht bis zum Boden ein T2 taucht bis zur schwimmenden Eisschicht ein
Ergebnis T1 zeigt 4degC T2 zeigt 0degC
Folgerung Das Wasser mit der groumlszligeren Dichte sammelt sich unten an
Wasser hat bei 4degC seine groumlszligte Dichte und sein kleinstes Volumen
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Hausuumlbung Abb 132 Seite 20 zeichnen (beide Bilder)Die Anomalie des Wassers hat eine groszlige Bedeutung fuumlr die Wasserlebewesen Wasser gefriert von oben zu Tiefe Gewaumlsser gefrieren nie bis zum Boden
Winter Sommer
Kapitel 6 Waumlrmelehre
673 Verdampfen Sieden Verdunsten
Sieden erfolgt bei einer ganz bestimmten Temperatur
Wh Wie haben wir die Temperatureinheit Grad Celsius festgelegt
Verdunsten erfolgt bei beliebiger Temperatur (Ist ein Vorgang an der Oberflaumlche der Fluumlssigkeit)
Wir haben gelernt Wasser siedet bei Normaldruck (1013 mbar) bei 100degC
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Gibt man Wasser in einen abgeschlossenen Topf und erhitzt es so siedet es erst bei houmlherer Temperatur
Grund Der Druck ist houmlher und erhoumlht damit den Siedepunkt
Anwendung Dampfdruckkochtopf (Schnellkochtopf) (Achtung Sicherheitsventil noumltig)Dort sieden die Speisen erst bei etwa 125 degC Dies hat den Vorteil dass die Speisen schneller gar werden (Lebenswichtige Vitamine und Mineralsalze bleiben erhalten)
Die Siedetemperatur haumlngt vom Druck ab Bei houmlherem Druck wird sie houmlher bei geringerem erniedrigt sie sich
Abhaumlngigkeit der Siedetemperatur vom Druck
Versuch Becherglas mit Wasser von Zimmertemperatur gefuumlllt unter Vakuumpumpe
Ergebnis Wasser siedet bei sehr kleinem Druck bereits bei Zimmertemperatur
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Die Verdampfungswaumlrme
Beim Sieden stellt man fest dass man beim Siedepunkt staumlndig Waumlrme zufuumlhrt ohne dass sich die Temperatur erhoumlht
Diese Waumlrmeenergie wird benoumltigt dass sich der Dampf ausdehnen kann Er benoumltigt ein viel groumlszligeres Volumen als die Fluumlssigkeit
(1 dmsup3 Wasser rarr 1700 dmsup3 Dampf) Zwischen den Dampfmolekuumllen herrschen fast keine Molekularkraumlfte
Die Verdampfungswaumlrme ist jene Waumlrmeenergie die noumltig ist um 1kg einer Fluumlssigkeit beim Siedepunkt in den dampffoumlrmigen Zustand zu bringen
Beim Verdunsten haben wir die Verdunstungskaumllte
Die Verdampfungswaumlrme des Wassers betraumlgt 2260 kJkg
Vergleiche Tabelle Buch S 22
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Versuch Uhrglas auf Korken mit Wassertropfen stellen In das Uhrglas ein paar Tropfen Aumlther gieszligen und rasch mit Geblaumlse zum Verdunsten bringen
Versuch Wattebausch in Spiritus oder Aumlther eintauchen und um ein Thermometer wickelnErgebnis Es kuumlhlt ab
Ergebnis Es bildet sich eine Eisschicht infolge der Verdunstungskaumllte
Aufgaben 141 bis 146 Buch Seite 22
Kapitel 6 Waumlrmelehre
674 Verfluumlssigung (Kondensation)Uumlbergang Gasfoumlrmig rarr fluumlssig
Dies wird durch Abkuumlhlen erreicht
Versuch Wir bringen in einem Kolben Wasser zum Sieden Den Wasserdampf leiten wir in ein Gefaumlszlig mit kaltem Wasser dessen Masse und Temperatur wir vorher bestimmt haben
Nach einer gewissen Zeit messen wir wieder die Temperatur des Wassers und die Masse
Die Masse hat nur wenig zugenommen die Temperatur verhaumlltnismaumlszligig viel
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Versuchsergebnis 3f Klasse (27 3 2008)m1 = 2724 g = 02724 kgt1 = 209 degCm2 = 2922 g = 02922 kgt2 = 352 degCmD = 00198 kg Masse des Wasserdampfs der kondensiert istΔT = 143 degC
Waumlrmemenge um m1 um ΔT zu erwaumlrmen
Q1 = 4187middot02724middot143 = 163097 J
Waumlrmemenge die der kondensierte Wasserdampf mD beim Abkuumlhlen von 100degC auf 352 degC abgegeben hat
Q2 = 4187middot00198middot648 = 53721 J ist viel weniger
Der groumlszligere Teil stammt von der Kondensationswaumlrme QK = 109376 J
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Destillieren
Als Destillieren bezeichnet man das Verdampfen einer Fluumlssigkeit und das anschlieszligende VerfluumlssigenDiese Methode kann verwendet werden um Fluumlssigkeitsgemische mit verschiedenem Siedepunkt zu trennen bzw zu reinigen
Beispiele Schnaps-Brennen Fraktionierte Destillation des Erdoumlls
Fuumlhre Aufgabe 151 B S 23 aus
Kapitel 6 Waumlrmelehre
675 Die Waumlrmepumpe
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Vorgaumlnge bei der Waumlrmepumpe 1 Verdampfen
Fluumlssiges Kaumlltemittel wird bei niederem Druck verdampft Die Verdampfungs-waumlrme wird der Umgebung entzogen (Grundwasser Fluss Erdreich Luft )
2 Verdichten Der Kompressor saugt das dampffoumlrmige Kaumlltemittel an und verdichtet es Dabei erwaumlrmt es sich bleibt aber dampffoumlrmig
3 Verfluumlssigen Der uumlberhitzte Dampf wird vom Verfluumlssiger abgekuumlhlt Dabei kondensiert das Kaumlltemittel und gibt die Kondensationswaumlrme ab Der Verfluumlssiger wird fuumlr den Heizkreislauf verwendet
4 Entspannen Das Expansionsventil gleicht den Druckunterschied aus Das jetzt wieder fluumlssige Kaumlltemittel gelangt in den Verdampfer zuruumlck
Vorgang 1 bis 4 wiederholt sich rarrKreisprozess
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Versuch
Wir erwaumlrmen 5 kg Wasser
Temperatur Elektrische Energie
vorher 25degC
nachher 50degC
∆T = 25degC 25degC 6394 Wh
Erhaltene Waumlrmeenergie Q = 41875 25 = 523375 J = 14538 Wh
Guumlteziffer Erhaltene Energie hineingesteckte EnergieGuumlteziffer = 145386394= 227
Das heiszligt Wir erhalten doppelt soviel wie wir hineingesteckt haben
Bei heutigen Waumlrmepumpen erzielen wir die Guumlteziffern von 4
Bemerkung Der Kuumlhlschrank ist eine umgekehrt betriebene Waumlrmepumpe
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Anwendungen zur Waumlrmestroumlmung
Kaminwirkung
Die warmen Abgase steigen nach oben
Zentralheizung
Luumlften von Raumlumen (warme Luft geht beim Fenster oben hinaus kalte sinkt herein)
Aufwinde an Suumldhaumlngen
Vgl B S 13
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Aufgabe Buch Seite 9 Aufg 41 und 42
Zu 41 Luft zirkuliert im Zimmer
Zu 42 Decke weil sich dort die warme Luft ansammelt
Golfstrom warme Meeresstroumlmung im noumlrdlichen Atlantik Der Golfstrom entsteht aus der Vereinigung von Florida- und Antillenstrom noumlrdlich der Bahamainseln und erstreckt sich bis suumldlich der Neufundlandbank Dort flieszligt ein groszliger Teil des Golfstroms nach Suumldosten und spaumlter nach Suumldwesten und bleibt im Nordamerikanischen Becken Der verbleibende Teil umstroumlmt die Neufundlandbank und beginnt als Nordatlantischer Strom in Richtung Europa zu flieszligen Das von ihm mitgefuumlhrte Wasser erhoumlht die Wasser- und Lufttemperaturen vor Nordwesteuropa
Zu 43
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Beispielebull Sonnenenergie durch das
Weltallbull Heizstrahler im Badbull Starker Scheinwerferbull Strahlung eines Kachelofens
633 Waumlrmestrahlung
Breitet sich die Waumlrme ohne ein Medium aus sprechen wir von Waumlrmestrahlung
Die Strahlung breitet sich geradlinig aus
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Versuch zur Waumlrmestrahlung
Dunkle und raue Koumlrper absorbieren mehr Waumlrme Sie strahlen auch mehr Waumlrme ab als glatte und helle
degC degC
schwarz silbrig
Anwendung Sonnenkollektor In ihm wird die Sonnenstrahlung verwendet um Wasser zu erwaumlrmenDie Aufstellung sollte nach Suumlden sein Sehr guumlnstig 45deg Neigung
bull Schwarzes Blech wird schneller heiszlig
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Schema einer thermischen Solaranlage
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Die Erwaumlrmung einer Flaumlche haumlngt vom Einfallswinkel der Waumlrmestrahlen ab
l
l
Auf dieselbe Flaumlche fallen bei schraumlgem Einfall weniger Strahlen
Damit laumlsst sich auch Sommer - Winter erklaumlren
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Zusammenfassung S 11 abschreiben
Seite 11 Aufgabe 51 Weiszlige (helle) Kleider52 Schmelzen53 Dass die Strahlen reflektiert werden
Fuumlhre die Aufgaben S 11 Nr 51 52 und 53 aus
Aufbau einer Thermoskanne
Metall wegen Reflexion der StrahlenGlas schlechter WaumlrmeleiterVakuum Schlechter Waumlrmeleiter Verhindert Waumlrmestroumlmung
Kapitel 6 Waumlrmelehre
64 Brennstoffe und ihr HeizwertLies B S 12
Fossile Brennstoffe Holz Kohle Heizoumll Erdgas Propangas uswSie sind alle durch die Sonnenstrahlung entstanden (Wachstum der Pflanzen)
Sie geben bei der Verbrennung um so mehr Waumlrme ab je mehr sie Kohlenstoff enthalten
Um die Brennstoffe vergleichen zu koumlnnen wird der Heizwert eingefuumlhrt
Der Heizwert eines Stoffes ist jene Energie die bei der Verbrennung von 1kg dieses Stoffes frei wird
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Stoff Heizwert in kJkg
Holz 15000
Koks 30000
Benzin 42000
Propangas (ca 05 m3) 50000
Heizoumll extra leicht (Diesel) 42000
Der Heizwert eines Stoffes ist jene Energie die bei der Verbrennung von 1kg dieses Stoffes frei wird
Probleme Die Erdoumll- Erdgas und Kohlevorraumlte die bereits vor Millionen von Jahren entstanden sind werden erst seit dem 18 Jahrhundert in groszligen Mengen abgebautWenn der Energieverbrauch auf dem derzeitigen Niveau bleibt werden die Erdoumllreserven noch ca 50 - 100 Jahre reichen
Die fossilen Brennstoffe setzen bei der Verbrennung das Treibhausgas CO2 frei das zu einer Klimaveraumlnderung fuumlhrt
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Die fossilen Brennstoffe setzen bei der Verbrennung das Treibhausgas CO2 frei das zu einer Klimaveraumlnderung fuumlhrt
Energie moumlglichst sparsam einsetzen Alternativenergien mehr foumlrdern
bull Solare Brauchwasserbereitungbull Nutzung der Sonnenenergie zum Heizenbull Waumlrmepumpenbull Isolieren von Gebaumluden
Kapitel 6 Waumlrmelehre
65 HeizsystemeLies Buch S 13
Fruumlher Ofen (Holz Kohle) fuumlr jedes ZimmerHeute meist Warmwasser-Zentralheizung
Wasser wird im Heizkessel erwaumlrmt und mit einer Umwaumllzpumpe in die Heizkoumlrper transportiert (Vorlauf) Das Wasser gibt im Heizkoumlrper seine Waumlrme ab und flieszligt uumlber den Ruumlcklauf in den Heizkessel Die Beheizung des Heizkessels kann mit Holz Kohle Oumll Gas erfolgen Billiger und umweltfreundlicher ist der Betrieb einer Waumlrmepumpe (Anschaffung ist teurer) Mit einem Einsatz von 1 kWh bekommt man 4 kWh an Waumlrmeenergie (34 kommen aus der Umgebung) Heizsystem muss passen (niedere Vorlauftemperatur (max 55degC))
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Alternative Beheizungen
bull Kachelofen (mit Umluft auch fuumlr mehrere Raumlume verwendbar)bull Warmluftkollektoren mit Geroumlllspeicherbull Sonnenkollektoren sind houmlchstens als Vorheizung im Winter
geeignetbull Fuumlr die Bereitung von Warmwasser sind sie fuumlr das
Sommerhalbjahr aber ideal (April - Sept) Man kann damit 60 des Warmwasserbedarfs decken
Hausuumlbung Preise fuumlr Gas Heizoumll und Kohle erfragen Heizkosten fuumlr Einfamilienhaus pro Heizsaison Herausfinden welches Heizsystem zuhause verwendet wird
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Erhebung Heizsysteme
Flaumlche
ieWaumlrmeenerg
Art der Heizung
Verbrauchte Heizmaterialmenge (Liter msup3 kwh)
Heizwert des Heizmaterials
Waumlrmeenergie = Heizwert x Menge
Flaumlcheninhalt der beheizten Flaumlche
bdquoEnergiekennzahlldquo =
Anzahl der Personen
Energieverbrauch pro Person
Art der Warmwasserbereitung (elektr Sonne mit Heizung)
Ist die Warmwasserbereitung in der obigen Heizmaterialmenge enthalten
Kapitel 6 Waumlrmelehre
66 Brandbekaumlmpfung Lies Buch S 14
Voraussetzungen fuumlr Verbrennung
Brennbarer Stoff und Sauerstoff
Ein Maszlig fuumlr die Feuergefaumlhrlichkeit eines Stoffes ist sein Flammpunkt Darunter versteht man jene Temperatur von der an sich das Gemisch aus dem Dampf des brennbaren Stoffes mit der Luft entzuumlnden laumlsst
Flammpunkte Ether -40degCBenzin -20degCDieseloumll 55degC
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Brandbekaumlmpfung
bull Abkuumlhlen der brennbaren Stoffe z B mit Wasser Achtung nicht bei brennenden Fluumlssigkeiten
bull Verhindern der Sauerstoffzufuhr feuchte Decken uumlber den brennenden Koumlrper Feuerloumlscher ist meist mit Kohlendioxid gefuumlllt (verhindert Luftzufuhr)
Feuerwehr 122Rettung 144Gendarmerie 133
Kapitel 6 Waumlrmelehre
67 Zustandsaumlnderungen
Alle Gegenstaumlnde werden als Koumlrper bezeichnet
Sie treten in verschiedenen Zustandsformen auf
Festkoumlrper
Fluumlssigkeiten
Gase
fluumlssig
fest
gasfoumlrmig
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Eiswuumlrfel in die Hand nehmen Er wird allmaumlhlich zu Wasser Dazu ist Waumlrme noumltigZum Sieden ist ebenfalls Waumlrme noumltig
Aggregatzustandsaumlnderungen
Festkoumlrper
Gas
Fluumlssigkeit
Schmelzen
Erstarren
Sublimieren
Resublimieren Verdampfen
Kondensieren
Uumlberlegungen
Die Uumlbergaumlnge sind mit Waumlrmezufuhr bzw mit Waumlrmeabgabe verbunden
Auch Aumlnderungen des Druckes koumlnnen zu Aggregatzustandsaumlnde-rungen fuumlhrenz B Propangas wird in Flaschen unter sehr hohen Druck gesetzt dadurch wird es dort fluumlssig
Kapitel 6 Waumlrmelehre
671 Schmelzen und ErstarrenVersuch
1 Liter Wasser mit 80degC und 1 kg Eis werden zusammengemischt Vgl Abb 111 Seite 17
Ergebnis
Es entstehen 2 kg Wasser mit einer Temperatur von 0degC
Wir berechnen die eingesetzte Waumlrmeenergie
Um Wasser von 0degC auf 80degC zu erwaumlrmen benoumltigen wir 80middot4187 kJ = 33496 kJ
Diese Waumlrme benoumltigen wir fuumlr das Schmelzen von 1kg Eis
Die Schmelzwaumlrme eines Stoffes ist jene Waumlrmeenergie die noumltig ist um 1kg eines Stoffes beim Schmelzpunkt vom festen in den fluumlssigen Zustand zu bringen
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Die Schmelzwaumlrme des Eises betraumlgt 335 kJkg
Diese Waumlrme ist im Vergleich zu anderen Stoffen ziemlich groszlig
Beim Uumlbergang vom fluumlssigen in den festen Zustand wird die Erstarrungswaumlrme freiDie Erstarrungswaumlrme ist gleich groszlig wie die Schmelzwaumlrme
Anwendung Frostbekaumlmpfung Lies B S 17 Abb 112
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Volumsaumlnderungen beim Schmelzen und Erstarren
Versuch1
Paraffin erstarren lassen rarr Es zieht sich zusammen
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Versuch2
Kaumlltemischung mit drei Teilen Eis und einem Teil Kochsalz herstellen Eine Eprouvette mit 10 cm Wassersaumlule langsam hineingeben
rarr Wasser erstarrt und dehnt sich um ca 111 des Volumens aus
Die meisten Stoffe dehnen sich beim Schmelzen aus und ziehen sich beim Erstarren zusammen
Ausnahme Wasser Das Wasser dehnt sich beim Gefrieren
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Bedeutung in der Natur Uumlberlege Aufgaben 111 bis 115 B S 18
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Loumlten und Schweiszligen
Lies Buch Seite 19
Metalle koumlnnen durch Loumlten bzw Schweiszligen miteinander verbunden werden
Kapitel 6 Waumlrmelehre
672 Anomalie des Wassers Die meisten Fluumlssigkeiten beanspruchen bei houmlherer Temperatur ein groumlszligeres Volumen (Sie dehnen sich aus vgl Fluumlssigkeitsthermometer)
degC
degC
4degC
0degC
Bei Wasser zeigt sich zwischen 0degC und 4degC ein anderes Verhalten
Versuch
Hohes Glas mit Wasser und zerkleinertem Eis gefuumlllt Gut mischen
2 Thermometer T1 taucht bis zum Boden ein T2 taucht bis zur schwimmenden Eisschicht ein
Ergebnis T1 zeigt 4degC T2 zeigt 0degC
Folgerung Das Wasser mit der groumlszligeren Dichte sammelt sich unten an
Wasser hat bei 4degC seine groumlszligte Dichte und sein kleinstes Volumen
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Hausuumlbung Abb 132 Seite 20 zeichnen (beide Bilder)Die Anomalie des Wassers hat eine groszlige Bedeutung fuumlr die Wasserlebewesen Wasser gefriert von oben zu Tiefe Gewaumlsser gefrieren nie bis zum Boden
Winter Sommer
Kapitel 6 Waumlrmelehre
673 Verdampfen Sieden Verdunsten
Sieden erfolgt bei einer ganz bestimmten Temperatur
Wh Wie haben wir die Temperatureinheit Grad Celsius festgelegt
Verdunsten erfolgt bei beliebiger Temperatur (Ist ein Vorgang an der Oberflaumlche der Fluumlssigkeit)
Wir haben gelernt Wasser siedet bei Normaldruck (1013 mbar) bei 100degC
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Gibt man Wasser in einen abgeschlossenen Topf und erhitzt es so siedet es erst bei houmlherer Temperatur
Grund Der Druck ist houmlher und erhoumlht damit den Siedepunkt
Anwendung Dampfdruckkochtopf (Schnellkochtopf) (Achtung Sicherheitsventil noumltig)Dort sieden die Speisen erst bei etwa 125 degC Dies hat den Vorteil dass die Speisen schneller gar werden (Lebenswichtige Vitamine und Mineralsalze bleiben erhalten)
Die Siedetemperatur haumlngt vom Druck ab Bei houmlherem Druck wird sie houmlher bei geringerem erniedrigt sie sich
Abhaumlngigkeit der Siedetemperatur vom Druck
Versuch Becherglas mit Wasser von Zimmertemperatur gefuumlllt unter Vakuumpumpe
Ergebnis Wasser siedet bei sehr kleinem Druck bereits bei Zimmertemperatur
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Die Verdampfungswaumlrme
Beim Sieden stellt man fest dass man beim Siedepunkt staumlndig Waumlrme zufuumlhrt ohne dass sich die Temperatur erhoumlht
Diese Waumlrmeenergie wird benoumltigt dass sich der Dampf ausdehnen kann Er benoumltigt ein viel groumlszligeres Volumen als die Fluumlssigkeit
(1 dmsup3 Wasser rarr 1700 dmsup3 Dampf) Zwischen den Dampfmolekuumllen herrschen fast keine Molekularkraumlfte
Die Verdampfungswaumlrme ist jene Waumlrmeenergie die noumltig ist um 1kg einer Fluumlssigkeit beim Siedepunkt in den dampffoumlrmigen Zustand zu bringen
Beim Verdunsten haben wir die Verdunstungskaumllte
Die Verdampfungswaumlrme des Wassers betraumlgt 2260 kJkg
Vergleiche Tabelle Buch S 22
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Versuch Uhrglas auf Korken mit Wassertropfen stellen In das Uhrglas ein paar Tropfen Aumlther gieszligen und rasch mit Geblaumlse zum Verdunsten bringen
Versuch Wattebausch in Spiritus oder Aumlther eintauchen und um ein Thermometer wickelnErgebnis Es kuumlhlt ab
Ergebnis Es bildet sich eine Eisschicht infolge der Verdunstungskaumllte
Aufgaben 141 bis 146 Buch Seite 22
Kapitel 6 Waumlrmelehre
674 Verfluumlssigung (Kondensation)Uumlbergang Gasfoumlrmig rarr fluumlssig
Dies wird durch Abkuumlhlen erreicht
Versuch Wir bringen in einem Kolben Wasser zum Sieden Den Wasserdampf leiten wir in ein Gefaumlszlig mit kaltem Wasser dessen Masse und Temperatur wir vorher bestimmt haben
Nach einer gewissen Zeit messen wir wieder die Temperatur des Wassers und die Masse
Die Masse hat nur wenig zugenommen die Temperatur verhaumlltnismaumlszligig viel
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Versuchsergebnis 3f Klasse (27 3 2008)m1 = 2724 g = 02724 kgt1 = 209 degCm2 = 2922 g = 02922 kgt2 = 352 degCmD = 00198 kg Masse des Wasserdampfs der kondensiert istΔT = 143 degC
Waumlrmemenge um m1 um ΔT zu erwaumlrmen
Q1 = 4187middot02724middot143 = 163097 J
Waumlrmemenge die der kondensierte Wasserdampf mD beim Abkuumlhlen von 100degC auf 352 degC abgegeben hat
Q2 = 4187middot00198middot648 = 53721 J ist viel weniger
Der groumlszligere Teil stammt von der Kondensationswaumlrme QK = 109376 J
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Destillieren
Als Destillieren bezeichnet man das Verdampfen einer Fluumlssigkeit und das anschlieszligende VerfluumlssigenDiese Methode kann verwendet werden um Fluumlssigkeitsgemische mit verschiedenem Siedepunkt zu trennen bzw zu reinigen
Beispiele Schnaps-Brennen Fraktionierte Destillation des Erdoumlls
Fuumlhre Aufgabe 151 B S 23 aus
Kapitel 6 Waumlrmelehre
675 Die Waumlrmepumpe
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Vorgaumlnge bei der Waumlrmepumpe 1 Verdampfen
Fluumlssiges Kaumlltemittel wird bei niederem Druck verdampft Die Verdampfungs-waumlrme wird der Umgebung entzogen (Grundwasser Fluss Erdreich Luft )
2 Verdichten Der Kompressor saugt das dampffoumlrmige Kaumlltemittel an und verdichtet es Dabei erwaumlrmt es sich bleibt aber dampffoumlrmig
3 Verfluumlssigen Der uumlberhitzte Dampf wird vom Verfluumlssiger abgekuumlhlt Dabei kondensiert das Kaumlltemittel und gibt die Kondensationswaumlrme ab Der Verfluumlssiger wird fuumlr den Heizkreislauf verwendet
4 Entspannen Das Expansionsventil gleicht den Druckunterschied aus Das jetzt wieder fluumlssige Kaumlltemittel gelangt in den Verdampfer zuruumlck
Vorgang 1 bis 4 wiederholt sich rarrKreisprozess
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Versuch
Wir erwaumlrmen 5 kg Wasser
Temperatur Elektrische Energie
vorher 25degC
nachher 50degC
∆T = 25degC 25degC 6394 Wh
Erhaltene Waumlrmeenergie Q = 41875 25 = 523375 J = 14538 Wh
Guumlteziffer Erhaltene Energie hineingesteckte EnergieGuumlteziffer = 145386394= 227
Das heiszligt Wir erhalten doppelt soviel wie wir hineingesteckt haben
Bei heutigen Waumlrmepumpen erzielen wir die Guumlteziffern von 4
Bemerkung Der Kuumlhlschrank ist eine umgekehrt betriebene Waumlrmepumpe
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Aufgabe Buch Seite 9 Aufg 41 und 42
Zu 41 Luft zirkuliert im Zimmer
Zu 42 Decke weil sich dort die warme Luft ansammelt
Golfstrom warme Meeresstroumlmung im noumlrdlichen Atlantik Der Golfstrom entsteht aus der Vereinigung von Florida- und Antillenstrom noumlrdlich der Bahamainseln und erstreckt sich bis suumldlich der Neufundlandbank Dort flieszligt ein groszliger Teil des Golfstroms nach Suumldosten und spaumlter nach Suumldwesten und bleibt im Nordamerikanischen Becken Der verbleibende Teil umstroumlmt die Neufundlandbank und beginnt als Nordatlantischer Strom in Richtung Europa zu flieszligen Das von ihm mitgefuumlhrte Wasser erhoumlht die Wasser- und Lufttemperaturen vor Nordwesteuropa
Zu 43
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Beispielebull Sonnenenergie durch das
Weltallbull Heizstrahler im Badbull Starker Scheinwerferbull Strahlung eines Kachelofens
633 Waumlrmestrahlung
Breitet sich die Waumlrme ohne ein Medium aus sprechen wir von Waumlrmestrahlung
Die Strahlung breitet sich geradlinig aus
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Versuch zur Waumlrmestrahlung
Dunkle und raue Koumlrper absorbieren mehr Waumlrme Sie strahlen auch mehr Waumlrme ab als glatte und helle
degC degC
schwarz silbrig
Anwendung Sonnenkollektor In ihm wird die Sonnenstrahlung verwendet um Wasser zu erwaumlrmenDie Aufstellung sollte nach Suumlden sein Sehr guumlnstig 45deg Neigung
bull Schwarzes Blech wird schneller heiszlig
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Schema einer thermischen Solaranlage
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Die Erwaumlrmung einer Flaumlche haumlngt vom Einfallswinkel der Waumlrmestrahlen ab
l
l
Auf dieselbe Flaumlche fallen bei schraumlgem Einfall weniger Strahlen
Damit laumlsst sich auch Sommer - Winter erklaumlren
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Zusammenfassung S 11 abschreiben
Seite 11 Aufgabe 51 Weiszlige (helle) Kleider52 Schmelzen53 Dass die Strahlen reflektiert werden
Fuumlhre die Aufgaben S 11 Nr 51 52 und 53 aus
Aufbau einer Thermoskanne
Metall wegen Reflexion der StrahlenGlas schlechter WaumlrmeleiterVakuum Schlechter Waumlrmeleiter Verhindert Waumlrmestroumlmung
Kapitel 6 Waumlrmelehre
64 Brennstoffe und ihr HeizwertLies B S 12
Fossile Brennstoffe Holz Kohle Heizoumll Erdgas Propangas uswSie sind alle durch die Sonnenstrahlung entstanden (Wachstum der Pflanzen)
Sie geben bei der Verbrennung um so mehr Waumlrme ab je mehr sie Kohlenstoff enthalten
Um die Brennstoffe vergleichen zu koumlnnen wird der Heizwert eingefuumlhrt
Der Heizwert eines Stoffes ist jene Energie die bei der Verbrennung von 1kg dieses Stoffes frei wird
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Stoff Heizwert in kJkg
Holz 15000
Koks 30000
Benzin 42000
Propangas (ca 05 m3) 50000
Heizoumll extra leicht (Diesel) 42000
Der Heizwert eines Stoffes ist jene Energie die bei der Verbrennung von 1kg dieses Stoffes frei wird
Probleme Die Erdoumll- Erdgas und Kohlevorraumlte die bereits vor Millionen von Jahren entstanden sind werden erst seit dem 18 Jahrhundert in groszligen Mengen abgebautWenn der Energieverbrauch auf dem derzeitigen Niveau bleibt werden die Erdoumllreserven noch ca 50 - 100 Jahre reichen
Die fossilen Brennstoffe setzen bei der Verbrennung das Treibhausgas CO2 frei das zu einer Klimaveraumlnderung fuumlhrt
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Die fossilen Brennstoffe setzen bei der Verbrennung das Treibhausgas CO2 frei das zu einer Klimaveraumlnderung fuumlhrt
Energie moumlglichst sparsam einsetzen Alternativenergien mehr foumlrdern
bull Solare Brauchwasserbereitungbull Nutzung der Sonnenenergie zum Heizenbull Waumlrmepumpenbull Isolieren von Gebaumluden
Kapitel 6 Waumlrmelehre
65 HeizsystemeLies Buch S 13
Fruumlher Ofen (Holz Kohle) fuumlr jedes ZimmerHeute meist Warmwasser-Zentralheizung
Wasser wird im Heizkessel erwaumlrmt und mit einer Umwaumllzpumpe in die Heizkoumlrper transportiert (Vorlauf) Das Wasser gibt im Heizkoumlrper seine Waumlrme ab und flieszligt uumlber den Ruumlcklauf in den Heizkessel Die Beheizung des Heizkessels kann mit Holz Kohle Oumll Gas erfolgen Billiger und umweltfreundlicher ist der Betrieb einer Waumlrmepumpe (Anschaffung ist teurer) Mit einem Einsatz von 1 kWh bekommt man 4 kWh an Waumlrmeenergie (34 kommen aus der Umgebung) Heizsystem muss passen (niedere Vorlauftemperatur (max 55degC))
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Alternative Beheizungen
bull Kachelofen (mit Umluft auch fuumlr mehrere Raumlume verwendbar)bull Warmluftkollektoren mit Geroumlllspeicherbull Sonnenkollektoren sind houmlchstens als Vorheizung im Winter
geeignetbull Fuumlr die Bereitung von Warmwasser sind sie fuumlr das
Sommerhalbjahr aber ideal (April - Sept) Man kann damit 60 des Warmwasserbedarfs decken
Hausuumlbung Preise fuumlr Gas Heizoumll und Kohle erfragen Heizkosten fuumlr Einfamilienhaus pro Heizsaison Herausfinden welches Heizsystem zuhause verwendet wird
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Erhebung Heizsysteme
Flaumlche
ieWaumlrmeenerg
Art der Heizung
Verbrauchte Heizmaterialmenge (Liter msup3 kwh)
Heizwert des Heizmaterials
Waumlrmeenergie = Heizwert x Menge
Flaumlcheninhalt der beheizten Flaumlche
bdquoEnergiekennzahlldquo =
Anzahl der Personen
Energieverbrauch pro Person
Art der Warmwasserbereitung (elektr Sonne mit Heizung)
Ist die Warmwasserbereitung in der obigen Heizmaterialmenge enthalten
Kapitel 6 Waumlrmelehre
66 Brandbekaumlmpfung Lies Buch S 14
Voraussetzungen fuumlr Verbrennung
Brennbarer Stoff und Sauerstoff
Ein Maszlig fuumlr die Feuergefaumlhrlichkeit eines Stoffes ist sein Flammpunkt Darunter versteht man jene Temperatur von der an sich das Gemisch aus dem Dampf des brennbaren Stoffes mit der Luft entzuumlnden laumlsst
Flammpunkte Ether -40degCBenzin -20degCDieseloumll 55degC
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Brandbekaumlmpfung
bull Abkuumlhlen der brennbaren Stoffe z B mit Wasser Achtung nicht bei brennenden Fluumlssigkeiten
bull Verhindern der Sauerstoffzufuhr feuchte Decken uumlber den brennenden Koumlrper Feuerloumlscher ist meist mit Kohlendioxid gefuumlllt (verhindert Luftzufuhr)
Feuerwehr 122Rettung 144Gendarmerie 133
Kapitel 6 Waumlrmelehre
67 Zustandsaumlnderungen
Alle Gegenstaumlnde werden als Koumlrper bezeichnet
Sie treten in verschiedenen Zustandsformen auf
Festkoumlrper
Fluumlssigkeiten
Gase
fluumlssig
fest
gasfoumlrmig
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Eiswuumlrfel in die Hand nehmen Er wird allmaumlhlich zu Wasser Dazu ist Waumlrme noumltigZum Sieden ist ebenfalls Waumlrme noumltig
Aggregatzustandsaumlnderungen
Festkoumlrper
Gas
Fluumlssigkeit
Schmelzen
Erstarren
Sublimieren
Resublimieren Verdampfen
Kondensieren
Uumlberlegungen
Die Uumlbergaumlnge sind mit Waumlrmezufuhr bzw mit Waumlrmeabgabe verbunden
Auch Aumlnderungen des Druckes koumlnnen zu Aggregatzustandsaumlnde-rungen fuumlhrenz B Propangas wird in Flaschen unter sehr hohen Druck gesetzt dadurch wird es dort fluumlssig
Kapitel 6 Waumlrmelehre
671 Schmelzen und ErstarrenVersuch
1 Liter Wasser mit 80degC und 1 kg Eis werden zusammengemischt Vgl Abb 111 Seite 17
Ergebnis
Es entstehen 2 kg Wasser mit einer Temperatur von 0degC
Wir berechnen die eingesetzte Waumlrmeenergie
Um Wasser von 0degC auf 80degC zu erwaumlrmen benoumltigen wir 80middot4187 kJ = 33496 kJ
Diese Waumlrme benoumltigen wir fuumlr das Schmelzen von 1kg Eis
Die Schmelzwaumlrme eines Stoffes ist jene Waumlrmeenergie die noumltig ist um 1kg eines Stoffes beim Schmelzpunkt vom festen in den fluumlssigen Zustand zu bringen
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Die Schmelzwaumlrme des Eises betraumlgt 335 kJkg
Diese Waumlrme ist im Vergleich zu anderen Stoffen ziemlich groszlig
Beim Uumlbergang vom fluumlssigen in den festen Zustand wird die Erstarrungswaumlrme freiDie Erstarrungswaumlrme ist gleich groszlig wie die Schmelzwaumlrme
Anwendung Frostbekaumlmpfung Lies B S 17 Abb 112
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Volumsaumlnderungen beim Schmelzen und Erstarren
Versuch1
Paraffin erstarren lassen rarr Es zieht sich zusammen
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Versuch2
Kaumlltemischung mit drei Teilen Eis und einem Teil Kochsalz herstellen Eine Eprouvette mit 10 cm Wassersaumlule langsam hineingeben
rarr Wasser erstarrt und dehnt sich um ca 111 des Volumens aus
Die meisten Stoffe dehnen sich beim Schmelzen aus und ziehen sich beim Erstarren zusammen
Ausnahme Wasser Das Wasser dehnt sich beim Gefrieren
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Bedeutung in der Natur Uumlberlege Aufgaben 111 bis 115 B S 18
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Loumlten und Schweiszligen
Lies Buch Seite 19
Metalle koumlnnen durch Loumlten bzw Schweiszligen miteinander verbunden werden
Kapitel 6 Waumlrmelehre
672 Anomalie des Wassers Die meisten Fluumlssigkeiten beanspruchen bei houmlherer Temperatur ein groumlszligeres Volumen (Sie dehnen sich aus vgl Fluumlssigkeitsthermometer)
degC
degC
4degC
0degC
Bei Wasser zeigt sich zwischen 0degC und 4degC ein anderes Verhalten
Versuch
Hohes Glas mit Wasser und zerkleinertem Eis gefuumlllt Gut mischen
2 Thermometer T1 taucht bis zum Boden ein T2 taucht bis zur schwimmenden Eisschicht ein
Ergebnis T1 zeigt 4degC T2 zeigt 0degC
Folgerung Das Wasser mit der groumlszligeren Dichte sammelt sich unten an
Wasser hat bei 4degC seine groumlszligte Dichte und sein kleinstes Volumen
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Hausuumlbung Abb 132 Seite 20 zeichnen (beide Bilder)Die Anomalie des Wassers hat eine groszlige Bedeutung fuumlr die Wasserlebewesen Wasser gefriert von oben zu Tiefe Gewaumlsser gefrieren nie bis zum Boden
Winter Sommer
Kapitel 6 Waumlrmelehre
673 Verdampfen Sieden Verdunsten
Sieden erfolgt bei einer ganz bestimmten Temperatur
Wh Wie haben wir die Temperatureinheit Grad Celsius festgelegt
Verdunsten erfolgt bei beliebiger Temperatur (Ist ein Vorgang an der Oberflaumlche der Fluumlssigkeit)
Wir haben gelernt Wasser siedet bei Normaldruck (1013 mbar) bei 100degC
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Gibt man Wasser in einen abgeschlossenen Topf und erhitzt es so siedet es erst bei houmlherer Temperatur
Grund Der Druck ist houmlher und erhoumlht damit den Siedepunkt
Anwendung Dampfdruckkochtopf (Schnellkochtopf) (Achtung Sicherheitsventil noumltig)Dort sieden die Speisen erst bei etwa 125 degC Dies hat den Vorteil dass die Speisen schneller gar werden (Lebenswichtige Vitamine und Mineralsalze bleiben erhalten)
Die Siedetemperatur haumlngt vom Druck ab Bei houmlherem Druck wird sie houmlher bei geringerem erniedrigt sie sich
Abhaumlngigkeit der Siedetemperatur vom Druck
Versuch Becherglas mit Wasser von Zimmertemperatur gefuumlllt unter Vakuumpumpe
Ergebnis Wasser siedet bei sehr kleinem Druck bereits bei Zimmertemperatur
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Die Verdampfungswaumlrme
Beim Sieden stellt man fest dass man beim Siedepunkt staumlndig Waumlrme zufuumlhrt ohne dass sich die Temperatur erhoumlht
Diese Waumlrmeenergie wird benoumltigt dass sich der Dampf ausdehnen kann Er benoumltigt ein viel groumlszligeres Volumen als die Fluumlssigkeit
(1 dmsup3 Wasser rarr 1700 dmsup3 Dampf) Zwischen den Dampfmolekuumllen herrschen fast keine Molekularkraumlfte
Die Verdampfungswaumlrme ist jene Waumlrmeenergie die noumltig ist um 1kg einer Fluumlssigkeit beim Siedepunkt in den dampffoumlrmigen Zustand zu bringen
Beim Verdunsten haben wir die Verdunstungskaumllte
Die Verdampfungswaumlrme des Wassers betraumlgt 2260 kJkg
Vergleiche Tabelle Buch S 22
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Versuch Uhrglas auf Korken mit Wassertropfen stellen In das Uhrglas ein paar Tropfen Aumlther gieszligen und rasch mit Geblaumlse zum Verdunsten bringen
Versuch Wattebausch in Spiritus oder Aumlther eintauchen und um ein Thermometer wickelnErgebnis Es kuumlhlt ab
Ergebnis Es bildet sich eine Eisschicht infolge der Verdunstungskaumllte
Aufgaben 141 bis 146 Buch Seite 22
Kapitel 6 Waumlrmelehre
674 Verfluumlssigung (Kondensation)Uumlbergang Gasfoumlrmig rarr fluumlssig
Dies wird durch Abkuumlhlen erreicht
Versuch Wir bringen in einem Kolben Wasser zum Sieden Den Wasserdampf leiten wir in ein Gefaumlszlig mit kaltem Wasser dessen Masse und Temperatur wir vorher bestimmt haben
Nach einer gewissen Zeit messen wir wieder die Temperatur des Wassers und die Masse
Die Masse hat nur wenig zugenommen die Temperatur verhaumlltnismaumlszligig viel
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Versuchsergebnis 3f Klasse (27 3 2008)m1 = 2724 g = 02724 kgt1 = 209 degCm2 = 2922 g = 02922 kgt2 = 352 degCmD = 00198 kg Masse des Wasserdampfs der kondensiert istΔT = 143 degC
Waumlrmemenge um m1 um ΔT zu erwaumlrmen
Q1 = 4187middot02724middot143 = 163097 J
Waumlrmemenge die der kondensierte Wasserdampf mD beim Abkuumlhlen von 100degC auf 352 degC abgegeben hat
Q2 = 4187middot00198middot648 = 53721 J ist viel weniger
Der groumlszligere Teil stammt von der Kondensationswaumlrme QK = 109376 J
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Destillieren
Als Destillieren bezeichnet man das Verdampfen einer Fluumlssigkeit und das anschlieszligende VerfluumlssigenDiese Methode kann verwendet werden um Fluumlssigkeitsgemische mit verschiedenem Siedepunkt zu trennen bzw zu reinigen
Beispiele Schnaps-Brennen Fraktionierte Destillation des Erdoumlls
Fuumlhre Aufgabe 151 B S 23 aus
Kapitel 6 Waumlrmelehre
675 Die Waumlrmepumpe
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Vorgaumlnge bei der Waumlrmepumpe 1 Verdampfen
Fluumlssiges Kaumlltemittel wird bei niederem Druck verdampft Die Verdampfungs-waumlrme wird der Umgebung entzogen (Grundwasser Fluss Erdreich Luft )
2 Verdichten Der Kompressor saugt das dampffoumlrmige Kaumlltemittel an und verdichtet es Dabei erwaumlrmt es sich bleibt aber dampffoumlrmig
3 Verfluumlssigen Der uumlberhitzte Dampf wird vom Verfluumlssiger abgekuumlhlt Dabei kondensiert das Kaumlltemittel und gibt die Kondensationswaumlrme ab Der Verfluumlssiger wird fuumlr den Heizkreislauf verwendet
4 Entspannen Das Expansionsventil gleicht den Druckunterschied aus Das jetzt wieder fluumlssige Kaumlltemittel gelangt in den Verdampfer zuruumlck
Vorgang 1 bis 4 wiederholt sich rarrKreisprozess
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Versuch
Wir erwaumlrmen 5 kg Wasser
Temperatur Elektrische Energie
vorher 25degC
nachher 50degC
∆T = 25degC 25degC 6394 Wh
Erhaltene Waumlrmeenergie Q = 41875 25 = 523375 J = 14538 Wh
Guumlteziffer Erhaltene Energie hineingesteckte EnergieGuumlteziffer = 145386394= 227
Das heiszligt Wir erhalten doppelt soviel wie wir hineingesteckt haben
Bei heutigen Waumlrmepumpen erzielen wir die Guumlteziffern von 4
Bemerkung Der Kuumlhlschrank ist eine umgekehrt betriebene Waumlrmepumpe
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Beispielebull Sonnenenergie durch das
Weltallbull Heizstrahler im Badbull Starker Scheinwerferbull Strahlung eines Kachelofens
633 Waumlrmestrahlung
Breitet sich die Waumlrme ohne ein Medium aus sprechen wir von Waumlrmestrahlung
Die Strahlung breitet sich geradlinig aus
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Versuch zur Waumlrmestrahlung
Dunkle und raue Koumlrper absorbieren mehr Waumlrme Sie strahlen auch mehr Waumlrme ab als glatte und helle
degC degC
schwarz silbrig
Anwendung Sonnenkollektor In ihm wird die Sonnenstrahlung verwendet um Wasser zu erwaumlrmenDie Aufstellung sollte nach Suumlden sein Sehr guumlnstig 45deg Neigung
bull Schwarzes Blech wird schneller heiszlig
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Schema einer thermischen Solaranlage
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Die Erwaumlrmung einer Flaumlche haumlngt vom Einfallswinkel der Waumlrmestrahlen ab
l
l
Auf dieselbe Flaumlche fallen bei schraumlgem Einfall weniger Strahlen
Damit laumlsst sich auch Sommer - Winter erklaumlren
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Zusammenfassung S 11 abschreiben
Seite 11 Aufgabe 51 Weiszlige (helle) Kleider52 Schmelzen53 Dass die Strahlen reflektiert werden
Fuumlhre die Aufgaben S 11 Nr 51 52 und 53 aus
Aufbau einer Thermoskanne
Metall wegen Reflexion der StrahlenGlas schlechter WaumlrmeleiterVakuum Schlechter Waumlrmeleiter Verhindert Waumlrmestroumlmung
Kapitel 6 Waumlrmelehre
64 Brennstoffe und ihr HeizwertLies B S 12
Fossile Brennstoffe Holz Kohle Heizoumll Erdgas Propangas uswSie sind alle durch die Sonnenstrahlung entstanden (Wachstum der Pflanzen)
Sie geben bei der Verbrennung um so mehr Waumlrme ab je mehr sie Kohlenstoff enthalten
Um die Brennstoffe vergleichen zu koumlnnen wird der Heizwert eingefuumlhrt
Der Heizwert eines Stoffes ist jene Energie die bei der Verbrennung von 1kg dieses Stoffes frei wird
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Stoff Heizwert in kJkg
Holz 15000
Koks 30000
Benzin 42000
Propangas (ca 05 m3) 50000
Heizoumll extra leicht (Diesel) 42000
Der Heizwert eines Stoffes ist jene Energie die bei der Verbrennung von 1kg dieses Stoffes frei wird
Probleme Die Erdoumll- Erdgas und Kohlevorraumlte die bereits vor Millionen von Jahren entstanden sind werden erst seit dem 18 Jahrhundert in groszligen Mengen abgebautWenn der Energieverbrauch auf dem derzeitigen Niveau bleibt werden die Erdoumllreserven noch ca 50 - 100 Jahre reichen
Die fossilen Brennstoffe setzen bei der Verbrennung das Treibhausgas CO2 frei das zu einer Klimaveraumlnderung fuumlhrt
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Die fossilen Brennstoffe setzen bei der Verbrennung das Treibhausgas CO2 frei das zu einer Klimaveraumlnderung fuumlhrt
Energie moumlglichst sparsam einsetzen Alternativenergien mehr foumlrdern
bull Solare Brauchwasserbereitungbull Nutzung der Sonnenenergie zum Heizenbull Waumlrmepumpenbull Isolieren von Gebaumluden
Kapitel 6 Waumlrmelehre
65 HeizsystemeLies Buch S 13
Fruumlher Ofen (Holz Kohle) fuumlr jedes ZimmerHeute meist Warmwasser-Zentralheizung
Wasser wird im Heizkessel erwaumlrmt und mit einer Umwaumllzpumpe in die Heizkoumlrper transportiert (Vorlauf) Das Wasser gibt im Heizkoumlrper seine Waumlrme ab und flieszligt uumlber den Ruumlcklauf in den Heizkessel Die Beheizung des Heizkessels kann mit Holz Kohle Oumll Gas erfolgen Billiger und umweltfreundlicher ist der Betrieb einer Waumlrmepumpe (Anschaffung ist teurer) Mit einem Einsatz von 1 kWh bekommt man 4 kWh an Waumlrmeenergie (34 kommen aus der Umgebung) Heizsystem muss passen (niedere Vorlauftemperatur (max 55degC))
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Alternative Beheizungen
bull Kachelofen (mit Umluft auch fuumlr mehrere Raumlume verwendbar)bull Warmluftkollektoren mit Geroumlllspeicherbull Sonnenkollektoren sind houmlchstens als Vorheizung im Winter
geeignetbull Fuumlr die Bereitung von Warmwasser sind sie fuumlr das
Sommerhalbjahr aber ideal (April - Sept) Man kann damit 60 des Warmwasserbedarfs decken
Hausuumlbung Preise fuumlr Gas Heizoumll und Kohle erfragen Heizkosten fuumlr Einfamilienhaus pro Heizsaison Herausfinden welches Heizsystem zuhause verwendet wird
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Erhebung Heizsysteme
Flaumlche
ieWaumlrmeenerg
Art der Heizung
Verbrauchte Heizmaterialmenge (Liter msup3 kwh)
Heizwert des Heizmaterials
Waumlrmeenergie = Heizwert x Menge
Flaumlcheninhalt der beheizten Flaumlche
bdquoEnergiekennzahlldquo =
Anzahl der Personen
Energieverbrauch pro Person
Art der Warmwasserbereitung (elektr Sonne mit Heizung)
Ist die Warmwasserbereitung in der obigen Heizmaterialmenge enthalten
Kapitel 6 Waumlrmelehre
66 Brandbekaumlmpfung Lies Buch S 14
Voraussetzungen fuumlr Verbrennung
Brennbarer Stoff und Sauerstoff
Ein Maszlig fuumlr die Feuergefaumlhrlichkeit eines Stoffes ist sein Flammpunkt Darunter versteht man jene Temperatur von der an sich das Gemisch aus dem Dampf des brennbaren Stoffes mit der Luft entzuumlnden laumlsst
Flammpunkte Ether -40degCBenzin -20degCDieseloumll 55degC
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Brandbekaumlmpfung
bull Abkuumlhlen der brennbaren Stoffe z B mit Wasser Achtung nicht bei brennenden Fluumlssigkeiten
bull Verhindern der Sauerstoffzufuhr feuchte Decken uumlber den brennenden Koumlrper Feuerloumlscher ist meist mit Kohlendioxid gefuumlllt (verhindert Luftzufuhr)
Feuerwehr 122Rettung 144Gendarmerie 133
Kapitel 6 Waumlrmelehre
67 Zustandsaumlnderungen
Alle Gegenstaumlnde werden als Koumlrper bezeichnet
Sie treten in verschiedenen Zustandsformen auf
Festkoumlrper
Fluumlssigkeiten
Gase
fluumlssig
fest
gasfoumlrmig
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Eiswuumlrfel in die Hand nehmen Er wird allmaumlhlich zu Wasser Dazu ist Waumlrme noumltigZum Sieden ist ebenfalls Waumlrme noumltig
Aggregatzustandsaumlnderungen
Festkoumlrper
Gas
Fluumlssigkeit
Schmelzen
Erstarren
Sublimieren
Resublimieren Verdampfen
Kondensieren
Uumlberlegungen
Die Uumlbergaumlnge sind mit Waumlrmezufuhr bzw mit Waumlrmeabgabe verbunden
Auch Aumlnderungen des Druckes koumlnnen zu Aggregatzustandsaumlnde-rungen fuumlhrenz B Propangas wird in Flaschen unter sehr hohen Druck gesetzt dadurch wird es dort fluumlssig
Kapitel 6 Waumlrmelehre
671 Schmelzen und ErstarrenVersuch
1 Liter Wasser mit 80degC und 1 kg Eis werden zusammengemischt Vgl Abb 111 Seite 17
Ergebnis
Es entstehen 2 kg Wasser mit einer Temperatur von 0degC
Wir berechnen die eingesetzte Waumlrmeenergie
Um Wasser von 0degC auf 80degC zu erwaumlrmen benoumltigen wir 80middot4187 kJ = 33496 kJ
Diese Waumlrme benoumltigen wir fuumlr das Schmelzen von 1kg Eis
Die Schmelzwaumlrme eines Stoffes ist jene Waumlrmeenergie die noumltig ist um 1kg eines Stoffes beim Schmelzpunkt vom festen in den fluumlssigen Zustand zu bringen
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Die Schmelzwaumlrme des Eises betraumlgt 335 kJkg
Diese Waumlrme ist im Vergleich zu anderen Stoffen ziemlich groszlig
Beim Uumlbergang vom fluumlssigen in den festen Zustand wird die Erstarrungswaumlrme freiDie Erstarrungswaumlrme ist gleich groszlig wie die Schmelzwaumlrme
Anwendung Frostbekaumlmpfung Lies B S 17 Abb 112
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Volumsaumlnderungen beim Schmelzen und Erstarren
Versuch1
Paraffin erstarren lassen rarr Es zieht sich zusammen
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Versuch2
Kaumlltemischung mit drei Teilen Eis und einem Teil Kochsalz herstellen Eine Eprouvette mit 10 cm Wassersaumlule langsam hineingeben
rarr Wasser erstarrt und dehnt sich um ca 111 des Volumens aus
Die meisten Stoffe dehnen sich beim Schmelzen aus und ziehen sich beim Erstarren zusammen
Ausnahme Wasser Das Wasser dehnt sich beim Gefrieren
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Bedeutung in der Natur Uumlberlege Aufgaben 111 bis 115 B S 18
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Loumlten und Schweiszligen
Lies Buch Seite 19
Metalle koumlnnen durch Loumlten bzw Schweiszligen miteinander verbunden werden
Kapitel 6 Waumlrmelehre
672 Anomalie des Wassers Die meisten Fluumlssigkeiten beanspruchen bei houmlherer Temperatur ein groumlszligeres Volumen (Sie dehnen sich aus vgl Fluumlssigkeitsthermometer)
degC
degC
4degC
0degC
Bei Wasser zeigt sich zwischen 0degC und 4degC ein anderes Verhalten
Versuch
Hohes Glas mit Wasser und zerkleinertem Eis gefuumlllt Gut mischen
2 Thermometer T1 taucht bis zum Boden ein T2 taucht bis zur schwimmenden Eisschicht ein
Ergebnis T1 zeigt 4degC T2 zeigt 0degC
Folgerung Das Wasser mit der groumlszligeren Dichte sammelt sich unten an
Wasser hat bei 4degC seine groumlszligte Dichte und sein kleinstes Volumen
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Hausuumlbung Abb 132 Seite 20 zeichnen (beide Bilder)Die Anomalie des Wassers hat eine groszlige Bedeutung fuumlr die Wasserlebewesen Wasser gefriert von oben zu Tiefe Gewaumlsser gefrieren nie bis zum Boden
Winter Sommer
Kapitel 6 Waumlrmelehre
673 Verdampfen Sieden Verdunsten
Sieden erfolgt bei einer ganz bestimmten Temperatur
Wh Wie haben wir die Temperatureinheit Grad Celsius festgelegt
Verdunsten erfolgt bei beliebiger Temperatur (Ist ein Vorgang an der Oberflaumlche der Fluumlssigkeit)
Wir haben gelernt Wasser siedet bei Normaldruck (1013 mbar) bei 100degC
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Gibt man Wasser in einen abgeschlossenen Topf und erhitzt es so siedet es erst bei houmlherer Temperatur
Grund Der Druck ist houmlher und erhoumlht damit den Siedepunkt
Anwendung Dampfdruckkochtopf (Schnellkochtopf) (Achtung Sicherheitsventil noumltig)Dort sieden die Speisen erst bei etwa 125 degC Dies hat den Vorteil dass die Speisen schneller gar werden (Lebenswichtige Vitamine und Mineralsalze bleiben erhalten)
Die Siedetemperatur haumlngt vom Druck ab Bei houmlherem Druck wird sie houmlher bei geringerem erniedrigt sie sich
Abhaumlngigkeit der Siedetemperatur vom Druck
Versuch Becherglas mit Wasser von Zimmertemperatur gefuumlllt unter Vakuumpumpe
Ergebnis Wasser siedet bei sehr kleinem Druck bereits bei Zimmertemperatur
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Die Verdampfungswaumlrme
Beim Sieden stellt man fest dass man beim Siedepunkt staumlndig Waumlrme zufuumlhrt ohne dass sich die Temperatur erhoumlht
Diese Waumlrmeenergie wird benoumltigt dass sich der Dampf ausdehnen kann Er benoumltigt ein viel groumlszligeres Volumen als die Fluumlssigkeit
(1 dmsup3 Wasser rarr 1700 dmsup3 Dampf) Zwischen den Dampfmolekuumllen herrschen fast keine Molekularkraumlfte
Die Verdampfungswaumlrme ist jene Waumlrmeenergie die noumltig ist um 1kg einer Fluumlssigkeit beim Siedepunkt in den dampffoumlrmigen Zustand zu bringen
Beim Verdunsten haben wir die Verdunstungskaumllte
Die Verdampfungswaumlrme des Wassers betraumlgt 2260 kJkg
Vergleiche Tabelle Buch S 22
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Versuch Uhrglas auf Korken mit Wassertropfen stellen In das Uhrglas ein paar Tropfen Aumlther gieszligen und rasch mit Geblaumlse zum Verdunsten bringen
Versuch Wattebausch in Spiritus oder Aumlther eintauchen und um ein Thermometer wickelnErgebnis Es kuumlhlt ab
Ergebnis Es bildet sich eine Eisschicht infolge der Verdunstungskaumllte
Aufgaben 141 bis 146 Buch Seite 22
Kapitel 6 Waumlrmelehre
674 Verfluumlssigung (Kondensation)Uumlbergang Gasfoumlrmig rarr fluumlssig
Dies wird durch Abkuumlhlen erreicht
Versuch Wir bringen in einem Kolben Wasser zum Sieden Den Wasserdampf leiten wir in ein Gefaumlszlig mit kaltem Wasser dessen Masse und Temperatur wir vorher bestimmt haben
Nach einer gewissen Zeit messen wir wieder die Temperatur des Wassers und die Masse
Die Masse hat nur wenig zugenommen die Temperatur verhaumlltnismaumlszligig viel
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Versuchsergebnis 3f Klasse (27 3 2008)m1 = 2724 g = 02724 kgt1 = 209 degCm2 = 2922 g = 02922 kgt2 = 352 degCmD = 00198 kg Masse des Wasserdampfs der kondensiert istΔT = 143 degC
Waumlrmemenge um m1 um ΔT zu erwaumlrmen
Q1 = 4187middot02724middot143 = 163097 J
Waumlrmemenge die der kondensierte Wasserdampf mD beim Abkuumlhlen von 100degC auf 352 degC abgegeben hat
Q2 = 4187middot00198middot648 = 53721 J ist viel weniger
Der groumlszligere Teil stammt von der Kondensationswaumlrme QK = 109376 J
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Destillieren
Als Destillieren bezeichnet man das Verdampfen einer Fluumlssigkeit und das anschlieszligende VerfluumlssigenDiese Methode kann verwendet werden um Fluumlssigkeitsgemische mit verschiedenem Siedepunkt zu trennen bzw zu reinigen
Beispiele Schnaps-Brennen Fraktionierte Destillation des Erdoumlls
Fuumlhre Aufgabe 151 B S 23 aus
Kapitel 6 Waumlrmelehre
675 Die Waumlrmepumpe
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Vorgaumlnge bei der Waumlrmepumpe 1 Verdampfen
Fluumlssiges Kaumlltemittel wird bei niederem Druck verdampft Die Verdampfungs-waumlrme wird der Umgebung entzogen (Grundwasser Fluss Erdreich Luft )
2 Verdichten Der Kompressor saugt das dampffoumlrmige Kaumlltemittel an und verdichtet es Dabei erwaumlrmt es sich bleibt aber dampffoumlrmig
3 Verfluumlssigen Der uumlberhitzte Dampf wird vom Verfluumlssiger abgekuumlhlt Dabei kondensiert das Kaumlltemittel und gibt die Kondensationswaumlrme ab Der Verfluumlssiger wird fuumlr den Heizkreislauf verwendet
4 Entspannen Das Expansionsventil gleicht den Druckunterschied aus Das jetzt wieder fluumlssige Kaumlltemittel gelangt in den Verdampfer zuruumlck
Vorgang 1 bis 4 wiederholt sich rarrKreisprozess
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Versuch
Wir erwaumlrmen 5 kg Wasser
Temperatur Elektrische Energie
vorher 25degC
nachher 50degC
∆T = 25degC 25degC 6394 Wh
Erhaltene Waumlrmeenergie Q = 41875 25 = 523375 J = 14538 Wh
Guumlteziffer Erhaltene Energie hineingesteckte EnergieGuumlteziffer = 145386394= 227
Das heiszligt Wir erhalten doppelt soviel wie wir hineingesteckt haben
Bei heutigen Waumlrmepumpen erzielen wir die Guumlteziffern von 4
Bemerkung Der Kuumlhlschrank ist eine umgekehrt betriebene Waumlrmepumpe
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Versuch zur Waumlrmestrahlung
Dunkle und raue Koumlrper absorbieren mehr Waumlrme Sie strahlen auch mehr Waumlrme ab als glatte und helle
degC degC
schwarz silbrig
Anwendung Sonnenkollektor In ihm wird die Sonnenstrahlung verwendet um Wasser zu erwaumlrmenDie Aufstellung sollte nach Suumlden sein Sehr guumlnstig 45deg Neigung
bull Schwarzes Blech wird schneller heiszlig
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Schema einer thermischen Solaranlage
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Die Erwaumlrmung einer Flaumlche haumlngt vom Einfallswinkel der Waumlrmestrahlen ab
l
l
Auf dieselbe Flaumlche fallen bei schraumlgem Einfall weniger Strahlen
Damit laumlsst sich auch Sommer - Winter erklaumlren
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Zusammenfassung S 11 abschreiben
Seite 11 Aufgabe 51 Weiszlige (helle) Kleider52 Schmelzen53 Dass die Strahlen reflektiert werden
Fuumlhre die Aufgaben S 11 Nr 51 52 und 53 aus
Aufbau einer Thermoskanne
Metall wegen Reflexion der StrahlenGlas schlechter WaumlrmeleiterVakuum Schlechter Waumlrmeleiter Verhindert Waumlrmestroumlmung
Kapitel 6 Waumlrmelehre
64 Brennstoffe und ihr HeizwertLies B S 12
Fossile Brennstoffe Holz Kohle Heizoumll Erdgas Propangas uswSie sind alle durch die Sonnenstrahlung entstanden (Wachstum der Pflanzen)
Sie geben bei der Verbrennung um so mehr Waumlrme ab je mehr sie Kohlenstoff enthalten
Um die Brennstoffe vergleichen zu koumlnnen wird der Heizwert eingefuumlhrt
Der Heizwert eines Stoffes ist jene Energie die bei der Verbrennung von 1kg dieses Stoffes frei wird
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Stoff Heizwert in kJkg
Holz 15000
Koks 30000
Benzin 42000
Propangas (ca 05 m3) 50000
Heizoumll extra leicht (Diesel) 42000
Der Heizwert eines Stoffes ist jene Energie die bei der Verbrennung von 1kg dieses Stoffes frei wird
Probleme Die Erdoumll- Erdgas und Kohlevorraumlte die bereits vor Millionen von Jahren entstanden sind werden erst seit dem 18 Jahrhundert in groszligen Mengen abgebautWenn der Energieverbrauch auf dem derzeitigen Niveau bleibt werden die Erdoumllreserven noch ca 50 - 100 Jahre reichen
Die fossilen Brennstoffe setzen bei der Verbrennung das Treibhausgas CO2 frei das zu einer Klimaveraumlnderung fuumlhrt
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Die fossilen Brennstoffe setzen bei der Verbrennung das Treibhausgas CO2 frei das zu einer Klimaveraumlnderung fuumlhrt
Energie moumlglichst sparsam einsetzen Alternativenergien mehr foumlrdern
bull Solare Brauchwasserbereitungbull Nutzung der Sonnenenergie zum Heizenbull Waumlrmepumpenbull Isolieren von Gebaumluden
Kapitel 6 Waumlrmelehre
65 HeizsystemeLies Buch S 13
Fruumlher Ofen (Holz Kohle) fuumlr jedes ZimmerHeute meist Warmwasser-Zentralheizung
Wasser wird im Heizkessel erwaumlrmt und mit einer Umwaumllzpumpe in die Heizkoumlrper transportiert (Vorlauf) Das Wasser gibt im Heizkoumlrper seine Waumlrme ab und flieszligt uumlber den Ruumlcklauf in den Heizkessel Die Beheizung des Heizkessels kann mit Holz Kohle Oumll Gas erfolgen Billiger und umweltfreundlicher ist der Betrieb einer Waumlrmepumpe (Anschaffung ist teurer) Mit einem Einsatz von 1 kWh bekommt man 4 kWh an Waumlrmeenergie (34 kommen aus der Umgebung) Heizsystem muss passen (niedere Vorlauftemperatur (max 55degC))
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Alternative Beheizungen
bull Kachelofen (mit Umluft auch fuumlr mehrere Raumlume verwendbar)bull Warmluftkollektoren mit Geroumlllspeicherbull Sonnenkollektoren sind houmlchstens als Vorheizung im Winter
geeignetbull Fuumlr die Bereitung von Warmwasser sind sie fuumlr das
Sommerhalbjahr aber ideal (April - Sept) Man kann damit 60 des Warmwasserbedarfs decken
Hausuumlbung Preise fuumlr Gas Heizoumll und Kohle erfragen Heizkosten fuumlr Einfamilienhaus pro Heizsaison Herausfinden welches Heizsystem zuhause verwendet wird
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Erhebung Heizsysteme
Flaumlche
ieWaumlrmeenerg
Art der Heizung
Verbrauchte Heizmaterialmenge (Liter msup3 kwh)
Heizwert des Heizmaterials
Waumlrmeenergie = Heizwert x Menge
Flaumlcheninhalt der beheizten Flaumlche
bdquoEnergiekennzahlldquo =
Anzahl der Personen
Energieverbrauch pro Person
Art der Warmwasserbereitung (elektr Sonne mit Heizung)
Ist die Warmwasserbereitung in der obigen Heizmaterialmenge enthalten
Kapitel 6 Waumlrmelehre
66 Brandbekaumlmpfung Lies Buch S 14
Voraussetzungen fuumlr Verbrennung
Brennbarer Stoff und Sauerstoff
Ein Maszlig fuumlr die Feuergefaumlhrlichkeit eines Stoffes ist sein Flammpunkt Darunter versteht man jene Temperatur von der an sich das Gemisch aus dem Dampf des brennbaren Stoffes mit der Luft entzuumlnden laumlsst
Flammpunkte Ether -40degCBenzin -20degCDieseloumll 55degC
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Brandbekaumlmpfung
bull Abkuumlhlen der brennbaren Stoffe z B mit Wasser Achtung nicht bei brennenden Fluumlssigkeiten
bull Verhindern der Sauerstoffzufuhr feuchte Decken uumlber den brennenden Koumlrper Feuerloumlscher ist meist mit Kohlendioxid gefuumlllt (verhindert Luftzufuhr)
Feuerwehr 122Rettung 144Gendarmerie 133
Kapitel 6 Waumlrmelehre
67 Zustandsaumlnderungen
Alle Gegenstaumlnde werden als Koumlrper bezeichnet
Sie treten in verschiedenen Zustandsformen auf
Festkoumlrper
Fluumlssigkeiten
Gase
fluumlssig
fest
gasfoumlrmig
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Eiswuumlrfel in die Hand nehmen Er wird allmaumlhlich zu Wasser Dazu ist Waumlrme noumltigZum Sieden ist ebenfalls Waumlrme noumltig
Aggregatzustandsaumlnderungen
Festkoumlrper
Gas
Fluumlssigkeit
Schmelzen
Erstarren
Sublimieren
Resublimieren Verdampfen
Kondensieren
Uumlberlegungen
Die Uumlbergaumlnge sind mit Waumlrmezufuhr bzw mit Waumlrmeabgabe verbunden
Auch Aumlnderungen des Druckes koumlnnen zu Aggregatzustandsaumlnde-rungen fuumlhrenz B Propangas wird in Flaschen unter sehr hohen Druck gesetzt dadurch wird es dort fluumlssig
Kapitel 6 Waumlrmelehre
671 Schmelzen und ErstarrenVersuch
1 Liter Wasser mit 80degC und 1 kg Eis werden zusammengemischt Vgl Abb 111 Seite 17
Ergebnis
Es entstehen 2 kg Wasser mit einer Temperatur von 0degC
Wir berechnen die eingesetzte Waumlrmeenergie
Um Wasser von 0degC auf 80degC zu erwaumlrmen benoumltigen wir 80middot4187 kJ = 33496 kJ
Diese Waumlrme benoumltigen wir fuumlr das Schmelzen von 1kg Eis
Die Schmelzwaumlrme eines Stoffes ist jene Waumlrmeenergie die noumltig ist um 1kg eines Stoffes beim Schmelzpunkt vom festen in den fluumlssigen Zustand zu bringen
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Die Schmelzwaumlrme des Eises betraumlgt 335 kJkg
Diese Waumlrme ist im Vergleich zu anderen Stoffen ziemlich groszlig
Beim Uumlbergang vom fluumlssigen in den festen Zustand wird die Erstarrungswaumlrme freiDie Erstarrungswaumlrme ist gleich groszlig wie die Schmelzwaumlrme
Anwendung Frostbekaumlmpfung Lies B S 17 Abb 112
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Volumsaumlnderungen beim Schmelzen und Erstarren
Versuch1
Paraffin erstarren lassen rarr Es zieht sich zusammen
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Versuch2
Kaumlltemischung mit drei Teilen Eis und einem Teil Kochsalz herstellen Eine Eprouvette mit 10 cm Wassersaumlule langsam hineingeben
rarr Wasser erstarrt und dehnt sich um ca 111 des Volumens aus
Die meisten Stoffe dehnen sich beim Schmelzen aus und ziehen sich beim Erstarren zusammen
Ausnahme Wasser Das Wasser dehnt sich beim Gefrieren
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Bedeutung in der Natur Uumlberlege Aufgaben 111 bis 115 B S 18
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Loumlten und Schweiszligen
Lies Buch Seite 19
Metalle koumlnnen durch Loumlten bzw Schweiszligen miteinander verbunden werden
Kapitel 6 Waumlrmelehre
672 Anomalie des Wassers Die meisten Fluumlssigkeiten beanspruchen bei houmlherer Temperatur ein groumlszligeres Volumen (Sie dehnen sich aus vgl Fluumlssigkeitsthermometer)
degC
degC
4degC
0degC
Bei Wasser zeigt sich zwischen 0degC und 4degC ein anderes Verhalten
Versuch
Hohes Glas mit Wasser und zerkleinertem Eis gefuumlllt Gut mischen
2 Thermometer T1 taucht bis zum Boden ein T2 taucht bis zur schwimmenden Eisschicht ein
Ergebnis T1 zeigt 4degC T2 zeigt 0degC
Folgerung Das Wasser mit der groumlszligeren Dichte sammelt sich unten an
Wasser hat bei 4degC seine groumlszligte Dichte und sein kleinstes Volumen
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Hausuumlbung Abb 132 Seite 20 zeichnen (beide Bilder)Die Anomalie des Wassers hat eine groszlige Bedeutung fuumlr die Wasserlebewesen Wasser gefriert von oben zu Tiefe Gewaumlsser gefrieren nie bis zum Boden
Winter Sommer
Kapitel 6 Waumlrmelehre
673 Verdampfen Sieden Verdunsten
Sieden erfolgt bei einer ganz bestimmten Temperatur
Wh Wie haben wir die Temperatureinheit Grad Celsius festgelegt
Verdunsten erfolgt bei beliebiger Temperatur (Ist ein Vorgang an der Oberflaumlche der Fluumlssigkeit)
Wir haben gelernt Wasser siedet bei Normaldruck (1013 mbar) bei 100degC
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Gibt man Wasser in einen abgeschlossenen Topf und erhitzt es so siedet es erst bei houmlherer Temperatur
Grund Der Druck ist houmlher und erhoumlht damit den Siedepunkt
Anwendung Dampfdruckkochtopf (Schnellkochtopf) (Achtung Sicherheitsventil noumltig)Dort sieden die Speisen erst bei etwa 125 degC Dies hat den Vorteil dass die Speisen schneller gar werden (Lebenswichtige Vitamine und Mineralsalze bleiben erhalten)
Die Siedetemperatur haumlngt vom Druck ab Bei houmlherem Druck wird sie houmlher bei geringerem erniedrigt sie sich
Abhaumlngigkeit der Siedetemperatur vom Druck
Versuch Becherglas mit Wasser von Zimmertemperatur gefuumlllt unter Vakuumpumpe
Ergebnis Wasser siedet bei sehr kleinem Druck bereits bei Zimmertemperatur
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Die Verdampfungswaumlrme
Beim Sieden stellt man fest dass man beim Siedepunkt staumlndig Waumlrme zufuumlhrt ohne dass sich die Temperatur erhoumlht
Diese Waumlrmeenergie wird benoumltigt dass sich der Dampf ausdehnen kann Er benoumltigt ein viel groumlszligeres Volumen als die Fluumlssigkeit
(1 dmsup3 Wasser rarr 1700 dmsup3 Dampf) Zwischen den Dampfmolekuumllen herrschen fast keine Molekularkraumlfte
Die Verdampfungswaumlrme ist jene Waumlrmeenergie die noumltig ist um 1kg einer Fluumlssigkeit beim Siedepunkt in den dampffoumlrmigen Zustand zu bringen
Beim Verdunsten haben wir die Verdunstungskaumllte
Die Verdampfungswaumlrme des Wassers betraumlgt 2260 kJkg
Vergleiche Tabelle Buch S 22
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Versuch Uhrglas auf Korken mit Wassertropfen stellen In das Uhrglas ein paar Tropfen Aumlther gieszligen und rasch mit Geblaumlse zum Verdunsten bringen
Versuch Wattebausch in Spiritus oder Aumlther eintauchen und um ein Thermometer wickelnErgebnis Es kuumlhlt ab
Ergebnis Es bildet sich eine Eisschicht infolge der Verdunstungskaumllte
Aufgaben 141 bis 146 Buch Seite 22
Kapitel 6 Waumlrmelehre
674 Verfluumlssigung (Kondensation)Uumlbergang Gasfoumlrmig rarr fluumlssig
Dies wird durch Abkuumlhlen erreicht
Versuch Wir bringen in einem Kolben Wasser zum Sieden Den Wasserdampf leiten wir in ein Gefaumlszlig mit kaltem Wasser dessen Masse und Temperatur wir vorher bestimmt haben
Nach einer gewissen Zeit messen wir wieder die Temperatur des Wassers und die Masse
Die Masse hat nur wenig zugenommen die Temperatur verhaumlltnismaumlszligig viel
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Versuchsergebnis 3f Klasse (27 3 2008)m1 = 2724 g = 02724 kgt1 = 209 degCm2 = 2922 g = 02922 kgt2 = 352 degCmD = 00198 kg Masse des Wasserdampfs der kondensiert istΔT = 143 degC
Waumlrmemenge um m1 um ΔT zu erwaumlrmen
Q1 = 4187middot02724middot143 = 163097 J
Waumlrmemenge die der kondensierte Wasserdampf mD beim Abkuumlhlen von 100degC auf 352 degC abgegeben hat
Q2 = 4187middot00198middot648 = 53721 J ist viel weniger
Der groumlszligere Teil stammt von der Kondensationswaumlrme QK = 109376 J
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Destillieren
Als Destillieren bezeichnet man das Verdampfen einer Fluumlssigkeit und das anschlieszligende VerfluumlssigenDiese Methode kann verwendet werden um Fluumlssigkeitsgemische mit verschiedenem Siedepunkt zu trennen bzw zu reinigen
Beispiele Schnaps-Brennen Fraktionierte Destillation des Erdoumlls
Fuumlhre Aufgabe 151 B S 23 aus
Kapitel 6 Waumlrmelehre
675 Die Waumlrmepumpe
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Vorgaumlnge bei der Waumlrmepumpe 1 Verdampfen
Fluumlssiges Kaumlltemittel wird bei niederem Druck verdampft Die Verdampfungs-waumlrme wird der Umgebung entzogen (Grundwasser Fluss Erdreich Luft )
2 Verdichten Der Kompressor saugt das dampffoumlrmige Kaumlltemittel an und verdichtet es Dabei erwaumlrmt es sich bleibt aber dampffoumlrmig
3 Verfluumlssigen Der uumlberhitzte Dampf wird vom Verfluumlssiger abgekuumlhlt Dabei kondensiert das Kaumlltemittel und gibt die Kondensationswaumlrme ab Der Verfluumlssiger wird fuumlr den Heizkreislauf verwendet
4 Entspannen Das Expansionsventil gleicht den Druckunterschied aus Das jetzt wieder fluumlssige Kaumlltemittel gelangt in den Verdampfer zuruumlck
Vorgang 1 bis 4 wiederholt sich rarrKreisprozess
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Versuch
Wir erwaumlrmen 5 kg Wasser
Temperatur Elektrische Energie
vorher 25degC
nachher 50degC
∆T = 25degC 25degC 6394 Wh
Erhaltene Waumlrmeenergie Q = 41875 25 = 523375 J = 14538 Wh
Guumlteziffer Erhaltene Energie hineingesteckte EnergieGuumlteziffer = 145386394= 227
Das heiszligt Wir erhalten doppelt soviel wie wir hineingesteckt haben
Bei heutigen Waumlrmepumpen erzielen wir die Guumlteziffern von 4
Bemerkung Der Kuumlhlschrank ist eine umgekehrt betriebene Waumlrmepumpe
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Schema einer thermischen Solaranlage
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Die Erwaumlrmung einer Flaumlche haumlngt vom Einfallswinkel der Waumlrmestrahlen ab
l
l
Auf dieselbe Flaumlche fallen bei schraumlgem Einfall weniger Strahlen
Damit laumlsst sich auch Sommer - Winter erklaumlren
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Zusammenfassung S 11 abschreiben
Seite 11 Aufgabe 51 Weiszlige (helle) Kleider52 Schmelzen53 Dass die Strahlen reflektiert werden
Fuumlhre die Aufgaben S 11 Nr 51 52 und 53 aus
Aufbau einer Thermoskanne
Metall wegen Reflexion der StrahlenGlas schlechter WaumlrmeleiterVakuum Schlechter Waumlrmeleiter Verhindert Waumlrmestroumlmung
Kapitel 6 Waumlrmelehre
64 Brennstoffe und ihr HeizwertLies B S 12
Fossile Brennstoffe Holz Kohle Heizoumll Erdgas Propangas uswSie sind alle durch die Sonnenstrahlung entstanden (Wachstum der Pflanzen)
Sie geben bei der Verbrennung um so mehr Waumlrme ab je mehr sie Kohlenstoff enthalten
Um die Brennstoffe vergleichen zu koumlnnen wird der Heizwert eingefuumlhrt
Der Heizwert eines Stoffes ist jene Energie die bei der Verbrennung von 1kg dieses Stoffes frei wird
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Stoff Heizwert in kJkg
Holz 15000
Koks 30000
Benzin 42000
Propangas (ca 05 m3) 50000
Heizoumll extra leicht (Diesel) 42000
Der Heizwert eines Stoffes ist jene Energie die bei der Verbrennung von 1kg dieses Stoffes frei wird
Probleme Die Erdoumll- Erdgas und Kohlevorraumlte die bereits vor Millionen von Jahren entstanden sind werden erst seit dem 18 Jahrhundert in groszligen Mengen abgebautWenn der Energieverbrauch auf dem derzeitigen Niveau bleibt werden die Erdoumllreserven noch ca 50 - 100 Jahre reichen
Die fossilen Brennstoffe setzen bei der Verbrennung das Treibhausgas CO2 frei das zu einer Klimaveraumlnderung fuumlhrt
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Die fossilen Brennstoffe setzen bei der Verbrennung das Treibhausgas CO2 frei das zu einer Klimaveraumlnderung fuumlhrt
Energie moumlglichst sparsam einsetzen Alternativenergien mehr foumlrdern
bull Solare Brauchwasserbereitungbull Nutzung der Sonnenenergie zum Heizenbull Waumlrmepumpenbull Isolieren von Gebaumluden
Kapitel 6 Waumlrmelehre
65 HeizsystemeLies Buch S 13
Fruumlher Ofen (Holz Kohle) fuumlr jedes ZimmerHeute meist Warmwasser-Zentralheizung
Wasser wird im Heizkessel erwaumlrmt und mit einer Umwaumllzpumpe in die Heizkoumlrper transportiert (Vorlauf) Das Wasser gibt im Heizkoumlrper seine Waumlrme ab und flieszligt uumlber den Ruumlcklauf in den Heizkessel Die Beheizung des Heizkessels kann mit Holz Kohle Oumll Gas erfolgen Billiger und umweltfreundlicher ist der Betrieb einer Waumlrmepumpe (Anschaffung ist teurer) Mit einem Einsatz von 1 kWh bekommt man 4 kWh an Waumlrmeenergie (34 kommen aus der Umgebung) Heizsystem muss passen (niedere Vorlauftemperatur (max 55degC))
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Alternative Beheizungen
bull Kachelofen (mit Umluft auch fuumlr mehrere Raumlume verwendbar)bull Warmluftkollektoren mit Geroumlllspeicherbull Sonnenkollektoren sind houmlchstens als Vorheizung im Winter
geeignetbull Fuumlr die Bereitung von Warmwasser sind sie fuumlr das
Sommerhalbjahr aber ideal (April - Sept) Man kann damit 60 des Warmwasserbedarfs decken
Hausuumlbung Preise fuumlr Gas Heizoumll und Kohle erfragen Heizkosten fuumlr Einfamilienhaus pro Heizsaison Herausfinden welches Heizsystem zuhause verwendet wird
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Erhebung Heizsysteme
Flaumlche
ieWaumlrmeenerg
Art der Heizung
Verbrauchte Heizmaterialmenge (Liter msup3 kwh)
Heizwert des Heizmaterials
Waumlrmeenergie = Heizwert x Menge
Flaumlcheninhalt der beheizten Flaumlche
bdquoEnergiekennzahlldquo =
Anzahl der Personen
Energieverbrauch pro Person
Art der Warmwasserbereitung (elektr Sonne mit Heizung)
Ist die Warmwasserbereitung in der obigen Heizmaterialmenge enthalten
Kapitel 6 Waumlrmelehre
66 Brandbekaumlmpfung Lies Buch S 14
Voraussetzungen fuumlr Verbrennung
Brennbarer Stoff und Sauerstoff
Ein Maszlig fuumlr die Feuergefaumlhrlichkeit eines Stoffes ist sein Flammpunkt Darunter versteht man jene Temperatur von der an sich das Gemisch aus dem Dampf des brennbaren Stoffes mit der Luft entzuumlnden laumlsst
Flammpunkte Ether -40degCBenzin -20degCDieseloumll 55degC
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Brandbekaumlmpfung
bull Abkuumlhlen der brennbaren Stoffe z B mit Wasser Achtung nicht bei brennenden Fluumlssigkeiten
bull Verhindern der Sauerstoffzufuhr feuchte Decken uumlber den brennenden Koumlrper Feuerloumlscher ist meist mit Kohlendioxid gefuumlllt (verhindert Luftzufuhr)
Feuerwehr 122Rettung 144Gendarmerie 133
Kapitel 6 Waumlrmelehre
67 Zustandsaumlnderungen
Alle Gegenstaumlnde werden als Koumlrper bezeichnet
Sie treten in verschiedenen Zustandsformen auf
Festkoumlrper
Fluumlssigkeiten
Gase
fluumlssig
fest
gasfoumlrmig
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Eiswuumlrfel in die Hand nehmen Er wird allmaumlhlich zu Wasser Dazu ist Waumlrme noumltigZum Sieden ist ebenfalls Waumlrme noumltig
Aggregatzustandsaumlnderungen
Festkoumlrper
Gas
Fluumlssigkeit
Schmelzen
Erstarren
Sublimieren
Resublimieren Verdampfen
Kondensieren
Uumlberlegungen
Die Uumlbergaumlnge sind mit Waumlrmezufuhr bzw mit Waumlrmeabgabe verbunden
Auch Aumlnderungen des Druckes koumlnnen zu Aggregatzustandsaumlnde-rungen fuumlhrenz B Propangas wird in Flaschen unter sehr hohen Druck gesetzt dadurch wird es dort fluumlssig
Kapitel 6 Waumlrmelehre
671 Schmelzen und ErstarrenVersuch
1 Liter Wasser mit 80degC und 1 kg Eis werden zusammengemischt Vgl Abb 111 Seite 17
Ergebnis
Es entstehen 2 kg Wasser mit einer Temperatur von 0degC
Wir berechnen die eingesetzte Waumlrmeenergie
Um Wasser von 0degC auf 80degC zu erwaumlrmen benoumltigen wir 80middot4187 kJ = 33496 kJ
Diese Waumlrme benoumltigen wir fuumlr das Schmelzen von 1kg Eis
Die Schmelzwaumlrme eines Stoffes ist jene Waumlrmeenergie die noumltig ist um 1kg eines Stoffes beim Schmelzpunkt vom festen in den fluumlssigen Zustand zu bringen
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Die Schmelzwaumlrme des Eises betraumlgt 335 kJkg
Diese Waumlrme ist im Vergleich zu anderen Stoffen ziemlich groszlig
Beim Uumlbergang vom fluumlssigen in den festen Zustand wird die Erstarrungswaumlrme freiDie Erstarrungswaumlrme ist gleich groszlig wie die Schmelzwaumlrme
Anwendung Frostbekaumlmpfung Lies B S 17 Abb 112
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Volumsaumlnderungen beim Schmelzen und Erstarren
Versuch1
Paraffin erstarren lassen rarr Es zieht sich zusammen
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Versuch2
Kaumlltemischung mit drei Teilen Eis und einem Teil Kochsalz herstellen Eine Eprouvette mit 10 cm Wassersaumlule langsam hineingeben
rarr Wasser erstarrt und dehnt sich um ca 111 des Volumens aus
Die meisten Stoffe dehnen sich beim Schmelzen aus und ziehen sich beim Erstarren zusammen
Ausnahme Wasser Das Wasser dehnt sich beim Gefrieren
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Bedeutung in der Natur Uumlberlege Aufgaben 111 bis 115 B S 18
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Loumlten und Schweiszligen
Lies Buch Seite 19
Metalle koumlnnen durch Loumlten bzw Schweiszligen miteinander verbunden werden
Kapitel 6 Waumlrmelehre
672 Anomalie des Wassers Die meisten Fluumlssigkeiten beanspruchen bei houmlherer Temperatur ein groumlszligeres Volumen (Sie dehnen sich aus vgl Fluumlssigkeitsthermometer)
degC
degC
4degC
0degC
Bei Wasser zeigt sich zwischen 0degC und 4degC ein anderes Verhalten
Versuch
Hohes Glas mit Wasser und zerkleinertem Eis gefuumlllt Gut mischen
2 Thermometer T1 taucht bis zum Boden ein T2 taucht bis zur schwimmenden Eisschicht ein
Ergebnis T1 zeigt 4degC T2 zeigt 0degC
Folgerung Das Wasser mit der groumlszligeren Dichte sammelt sich unten an
Wasser hat bei 4degC seine groumlszligte Dichte und sein kleinstes Volumen
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Hausuumlbung Abb 132 Seite 20 zeichnen (beide Bilder)Die Anomalie des Wassers hat eine groszlige Bedeutung fuumlr die Wasserlebewesen Wasser gefriert von oben zu Tiefe Gewaumlsser gefrieren nie bis zum Boden
Winter Sommer
Kapitel 6 Waumlrmelehre
673 Verdampfen Sieden Verdunsten
Sieden erfolgt bei einer ganz bestimmten Temperatur
Wh Wie haben wir die Temperatureinheit Grad Celsius festgelegt
Verdunsten erfolgt bei beliebiger Temperatur (Ist ein Vorgang an der Oberflaumlche der Fluumlssigkeit)
Wir haben gelernt Wasser siedet bei Normaldruck (1013 mbar) bei 100degC
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Gibt man Wasser in einen abgeschlossenen Topf und erhitzt es so siedet es erst bei houmlherer Temperatur
Grund Der Druck ist houmlher und erhoumlht damit den Siedepunkt
Anwendung Dampfdruckkochtopf (Schnellkochtopf) (Achtung Sicherheitsventil noumltig)Dort sieden die Speisen erst bei etwa 125 degC Dies hat den Vorteil dass die Speisen schneller gar werden (Lebenswichtige Vitamine und Mineralsalze bleiben erhalten)
Die Siedetemperatur haumlngt vom Druck ab Bei houmlherem Druck wird sie houmlher bei geringerem erniedrigt sie sich
Abhaumlngigkeit der Siedetemperatur vom Druck
Versuch Becherglas mit Wasser von Zimmertemperatur gefuumlllt unter Vakuumpumpe
Ergebnis Wasser siedet bei sehr kleinem Druck bereits bei Zimmertemperatur
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Die Verdampfungswaumlrme
Beim Sieden stellt man fest dass man beim Siedepunkt staumlndig Waumlrme zufuumlhrt ohne dass sich die Temperatur erhoumlht
Diese Waumlrmeenergie wird benoumltigt dass sich der Dampf ausdehnen kann Er benoumltigt ein viel groumlszligeres Volumen als die Fluumlssigkeit
(1 dmsup3 Wasser rarr 1700 dmsup3 Dampf) Zwischen den Dampfmolekuumllen herrschen fast keine Molekularkraumlfte
Die Verdampfungswaumlrme ist jene Waumlrmeenergie die noumltig ist um 1kg einer Fluumlssigkeit beim Siedepunkt in den dampffoumlrmigen Zustand zu bringen
Beim Verdunsten haben wir die Verdunstungskaumllte
Die Verdampfungswaumlrme des Wassers betraumlgt 2260 kJkg
Vergleiche Tabelle Buch S 22
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Versuch Uhrglas auf Korken mit Wassertropfen stellen In das Uhrglas ein paar Tropfen Aumlther gieszligen und rasch mit Geblaumlse zum Verdunsten bringen
Versuch Wattebausch in Spiritus oder Aumlther eintauchen und um ein Thermometer wickelnErgebnis Es kuumlhlt ab
Ergebnis Es bildet sich eine Eisschicht infolge der Verdunstungskaumllte
Aufgaben 141 bis 146 Buch Seite 22
Kapitel 6 Waumlrmelehre
674 Verfluumlssigung (Kondensation)Uumlbergang Gasfoumlrmig rarr fluumlssig
Dies wird durch Abkuumlhlen erreicht
Versuch Wir bringen in einem Kolben Wasser zum Sieden Den Wasserdampf leiten wir in ein Gefaumlszlig mit kaltem Wasser dessen Masse und Temperatur wir vorher bestimmt haben
Nach einer gewissen Zeit messen wir wieder die Temperatur des Wassers und die Masse
Die Masse hat nur wenig zugenommen die Temperatur verhaumlltnismaumlszligig viel
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Versuchsergebnis 3f Klasse (27 3 2008)m1 = 2724 g = 02724 kgt1 = 209 degCm2 = 2922 g = 02922 kgt2 = 352 degCmD = 00198 kg Masse des Wasserdampfs der kondensiert istΔT = 143 degC
Waumlrmemenge um m1 um ΔT zu erwaumlrmen
Q1 = 4187middot02724middot143 = 163097 J
Waumlrmemenge die der kondensierte Wasserdampf mD beim Abkuumlhlen von 100degC auf 352 degC abgegeben hat
Q2 = 4187middot00198middot648 = 53721 J ist viel weniger
Der groumlszligere Teil stammt von der Kondensationswaumlrme QK = 109376 J
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Destillieren
Als Destillieren bezeichnet man das Verdampfen einer Fluumlssigkeit und das anschlieszligende VerfluumlssigenDiese Methode kann verwendet werden um Fluumlssigkeitsgemische mit verschiedenem Siedepunkt zu trennen bzw zu reinigen
Beispiele Schnaps-Brennen Fraktionierte Destillation des Erdoumlls
Fuumlhre Aufgabe 151 B S 23 aus
Kapitel 6 Waumlrmelehre
675 Die Waumlrmepumpe
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Vorgaumlnge bei der Waumlrmepumpe 1 Verdampfen
Fluumlssiges Kaumlltemittel wird bei niederem Druck verdampft Die Verdampfungs-waumlrme wird der Umgebung entzogen (Grundwasser Fluss Erdreich Luft )
2 Verdichten Der Kompressor saugt das dampffoumlrmige Kaumlltemittel an und verdichtet es Dabei erwaumlrmt es sich bleibt aber dampffoumlrmig
3 Verfluumlssigen Der uumlberhitzte Dampf wird vom Verfluumlssiger abgekuumlhlt Dabei kondensiert das Kaumlltemittel und gibt die Kondensationswaumlrme ab Der Verfluumlssiger wird fuumlr den Heizkreislauf verwendet
4 Entspannen Das Expansionsventil gleicht den Druckunterschied aus Das jetzt wieder fluumlssige Kaumlltemittel gelangt in den Verdampfer zuruumlck
Vorgang 1 bis 4 wiederholt sich rarrKreisprozess
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Versuch
Wir erwaumlrmen 5 kg Wasser
Temperatur Elektrische Energie
vorher 25degC
nachher 50degC
∆T = 25degC 25degC 6394 Wh
Erhaltene Waumlrmeenergie Q = 41875 25 = 523375 J = 14538 Wh
Guumlteziffer Erhaltene Energie hineingesteckte EnergieGuumlteziffer = 145386394= 227
Das heiszligt Wir erhalten doppelt soviel wie wir hineingesteckt haben
Bei heutigen Waumlrmepumpen erzielen wir die Guumlteziffern von 4
Bemerkung Der Kuumlhlschrank ist eine umgekehrt betriebene Waumlrmepumpe
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Schema einer thermischen Solaranlage
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Die Erwaumlrmung einer Flaumlche haumlngt vom Einfallswinkel der Waumlrmestrahlen ab
l
l
Auf dieselbe Flaumlche fallen bei schraumlgem Einfall weniger Strahlen
Damit laumlsst sich auch Sommer - Winter erklaumlren
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Zusammenfassung S 11 abschreiben
Seite 11 Aufgabe 51 Weiszlige (helle) Kleider52 Schmelzen53 Dass die Strahlen reflektiert werden
Fuumlhre die Aufgaben S 11 Nr 51 52 und 53 aus
Aufbau einer Thermoskanne
Metall wegen Reflexion der StrahlenGlas schlechter WaumlrmeleiterVakuum Schlechter Waumlrmeleiter Verhindert Waumlrmestroumlmung
Kapitel 6 Waumlrmelehre
64 Brennstoffe und ihr HeizwertLies B S 12
Fossile Brennstoffe Holz Kohle Heizoumll Erdgas Propangas uswSie sind alle durch die Sonnenstrahlung entstanden (Wachstum der Pflanzen)
Sie geben bei der Verbrennung um so mehr Waumlrme ab je mehr sie Kohlenstoff enthalten
Um die Brennstoffe vergleichen zu koumlnnen wird der Heizwert eingefuumlhrt
Der Heizwert eines Stoffes ist jene Energie die bei der Verbrennung von 1kg dieses Stoffes frei wird
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Stoff Heizwert in kJkg
Holz 15000
Koks 30000
Benzin 42000
Propangas (ca 05 m3) 50000
Heizoumll extra leicht (Diesel) 42000
Der Heizwert eines Stoffes ist jene Energie die bei der Verbrennung von 1kg dieses Stoffes frei wird
Probleme Die Erdoumll- Erdgas und Kohlevorraumlte die bereits vor Millionen von Jahren entstanden sind werden erst seit dem 18 Jahrhundert in groszligen Mengen abgebautWenn der Energieverbrauch auf dem derzeitigen Niveau bleibt werden die Erdoumllreserven noch ca 50 - 100 Jahre reichen
Die fossilen Brennstoffe setzen bei der Verbrennung das Treibhausgas CO2 frei das zu einer Klimaveraumlnderung fuumlhrt
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Die fossilen Brennstoffe setzen bei der Verbrennung das Treibhausgas CO2 frei das zu einer Klimaveraumlnderung fuumlhrt
Energie moumlglichst sparsam einsetzen Alternativenergien mehr foumlrdern
bull Solare Brauchwasserbereitungbull Nutzung der Sonnenenergie zum Heizenbull Waumlrmepumpenbull Isolieren von Gebaumluden
Kapitel 6 Waumlrmelehre
65 HeizsystemeLies Buch S 13
Fruumlher Ofen (Holz Kohle) fuumlr jedes ZimmerHeute meist Warmwasser-Zentralheizung
Wasser wird im Heizkessel erwaumlrmt und mit einer Umwaumllzpumpe in die Heizkoumlrper transportiert (Vorlauf) Das Wasser gibt im Heizkoumlrper seine Waumlrme ab und flieszligt uumlber den Ruumlcklauf in den Heizkessel Die Beheizung des Heizkessels kann mit Holz Kohle Oumll Gas erfolgen Billiger und umweltfreundlicher ist der Betrieb einer Waumlrmepumpe (Anschaffung ist teurer) Mit einem Einsatz von 1 kWh bekommt man 4 kWh an Waumlrmeenergie (34 kommen aus der Umgebung) Heizsystem muss passen (niedere Vorlauftemperatur (max 55degC))
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Alternative Beheizungen
bull Kachelofen (mit Umluft auch fuumlr mehrere Raumlume verwendbar)bull Warmluftkollektoren mit Geroumlllspeicherbull Sonnenkollektoren sind houmlchstens als Vorheizung im Winter
geeignetbull Fuumlr die Bereitung von Warmwasser sind sie fuumlr das
Sommerhalbjahr aber ideal (April - Sept) Man kann damit 60 des Warmwasserbedarfs decken
Hausuumlbung Preise fuumlr Gas Heizoumll und Kohle erfragen Heizkosten fuumlr Einfamilienhaus pro Heizsaison Herausfinden welches Heizsystem zuhause verwendet wird
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Erhebung Heizsysteme
Flaumlche
ieWaumlrmeenerg
Art der Heizung
Verbrauchte Heizmaterialmenge (Liter msup3 kwh)
Heizwert des Heizmaterials
Waumlrmeenergie = Heizwert x Menge
Flaumlcheninhalt der beheizten Flaumlche
bdquoEnergiekennzahlldquo =
Anzahl der Personen
Energieverbrauch pro Person
Art der Warmwasserbereitung (elektr Sonne mit Heizung)
Ist die Warmwasserbereitung in der obigen Heizmaterialmenge enthalten
Kapitel 6 Waumlrmelehre
66 Brandbekaumlmpfung Lies Buch S 14
Voraussetzungen fuumlr Verbrennung
Brennbarer Stoff und Sauerstoff
Ein Maszlig fuumlr die Feuergefaumlhrlichkeit eines Stoffes ist sein Flammpunkt Darunter versteht man jene Temperatur von der an sich das Gemisch aus dem Dampf des brennbaren Stoffes mit der Luft entzuumlnden laumlsst
Flammpunkte Ether -40degCBenzin -20degCDieseloumll 55degC
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Brandbekaumlmpfung
bull Abkuumlhlen der brennbaren Stoffe z B mit Wasser Achtung nicht bei brennenden Fluumlssigkeiten
bull Verhindern der Sauerstoffzufuhr feuchte Decken uumlber den brennenden Koumlrper Feuerloumlscher ist meist mit Kohlendioxid gefuumlllt (verhindert Luftzufuhr)
Feuerwehr 122Rettung 144Gendarmerie 133
Kapitel 6 Waumlrmelehre
67 Zustandsaumlnderungen
Alle Gegenstaumlnde werden als Koumlrper bezeichnet
Sie treten in verschiedenen Zustandsformen auf
Festkoumlrper
Fluumlssigkeiten
Gase
fluumlssig
fest
gasfoumlrmig
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Eiswuumlrfel in die Hand nehmen Er wird allmaumlhlich zu Wasser Dazu ist Waumlrme noumltigZum Sieden ist ebenfalls Waumlrme noumltig
Aggregatzustandsaumlnderungen
Festkoumlrper
Gas
Fluumlssigkeit
Schmelzen
Erstarren
Sublimieren
Resublimieren Verdampfen
Kondensieren
Uumlberlegungen
Die Uumlbergaumlnge sind mit Waumlrmezufuhr bzw mit Waumlrmeabgabe verbunden
Auch Aumlnderungen des Druckes koumlnnen zu Aggregatzustandsaumlnde-rungen fuumlhrenz B Propangas wird in Flaschen unter sehr hohen Druck gesetzt dadurch wird es dort fluumlssig
Kapitel 6 Waumlrmelehre
671 Schmelzen und ErstarrenVersuch
1 Liter Wasser mit 80degC und 1 kg Eis werden zusammengemischt Vgl Abb 111 Seite 17
Ergebnis
Es entstehen 2 kg Wasser mit einer Temperatur von 0degC
Wir berechnen die eingesetzte Waumlrmeenergie
Um Wasser von 0degC auf 80degC zu erwaumlrmen benoumltigen wir 80middot4187 kJ = 33496 kJ
Diese Waumlrme benoumltigen wir fuumlr das Schmelzen von 1kg Eis
Die Schmelzwaumlrme eines Stoffes ist jene Waumlrmeenergie die noumltig ist um 1kg eines Stoffes beim Schmelzpunkt vom festen in den fluumlssigen Zustand zu bringen
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Die Schmelzwaumlrme des Eises betraumlgt 335 kJkg
Diese Waumlrme ist im Vergleich zu anderen Stoffen ziemlich groszlig
Beim Uumlbergang vom fluumlssigen in den festen Zustand wird die Erstarrungswaumlrme freiDie Erstarrungswaumlrme ist gleich groszlig wie die Schmelzwaumlrme
Anwendung Frostbekaumlmpfung Lies B S 17 Abb 112
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Volumsaumlnderungen beim Schmelzen und Erstarren
Versuch1
Paraffin erstarren lassen rarr Es zieht sich zusammen
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Versuch2
Kaumlltemischung mit drei Teilen Eis und einem Teil Kochsalz herstellen Eine Eprouvette mit 10 cm Wassersaumlule langsam hineingeben
rarr Wasser erstarrt und dehnt sich um ca 111 des Volumens aus
Die meisten Stoffe dehnen sich beim Schmelzen aus und ziehen sich beim Erstarren zusammen
Ausnahme Wasser Das Wasser dehnt sich beim Gefrieren
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Bedeutung in der Natur Uumlberlege Aufgaben 111 bis 115 B S 18
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Loumlten und Schweiszligen
Lies Buch Seite 19
Metalle koumlnnen durch Loumlten bzw Schweiszligen miteinander verbunden werden
Kapitel 6 Waumlrmelehre
672 Anomalie des Wassers Die meisten Fluumlssigkeiten beanspruchen bei houmlherer Temperatur ein groumlszligeres Volumen (Sie dehnen sich aus vgl Fluumlssigkeitsthermometer)
degC
degC
4degC
0degC
Bei Wasser zeigt sich zwischen 0degC und 4degC ein anderes Verhalten
Versuch
Hohes Glas mit Wasser und zerkleinertem Eis gefuumlllt Gut mischen
2 Thermometer T1 taucht bis zum Boden ein T2 taucht bis zur schwimmenden Eisschicht ein
Ergebnis T1 zeigt 4degC T2 zeigt 0degC
Folgerung Das Wasser mit der groumlszligeren Dichte sammelt sich unten an
Wasser hat bei 4degC seine groumlszligte Dichte und sein kleinstes Volumen
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Hausuumlbung Abb 132 Seite 20 zeichnen (beide Bilder)Die Anomalie des Wassers hat eine groszlige Bedeutung fuumlr die Wasserlebewesen Wasser gefriert von oben zu Tiefe Gewaumlsser gefrieren nie bis zum Boden
Winter Sommer
Kapitel 6 Waumlrmelehre
673 Verdampfen Sieden Verdunsten
Sieden erfolgt bei einer ganz bestimmten Temperatur
Wh Wie haben wir die Temperatureinheit Grad Celsius festgelegt
Verdunsten erfolgt bei beliebiger Temperatur (Ist ein Vorgang an der Oberflaumlche der Fluumlssigkeit)
Wir haben gelernt Wasser siedet bei Normaldruck (1013 mbar) bei 100degC
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Gibt man Wasser in einen abgeschlossenen Topf und erhitzt es so siedet es erst bei houmlherer Temperatur
Grund Der Druck ist houmlher und erhoumlht damit den Siedepunkt
Anwendung Dampfdruckkochtopf (Schnellkochtopf) (Achtung Sicherheitsventil noumltig)Dort sieden die Speisen erst bei etwa 125 degC Dies hat den Vorteil dass die Speisen schneller gar werden (Lebenswichtige Vitamine und Mineralsalze bleiben erhalten)
Die Siedetemperatur haumlngt vom Druck ab Bei houmlherem Druck wird sie houmlher bei geringerem erniedrigt sie sich
Abhaumlngigkeit der Siedetemperatur vom Druck
Versuch Becherglas mit Wasser von Zimmertemperatur gefuumlllt unter Vakuumpumpe
Ergebnis Wasser siedet bei sehr kleinem Druck bereits bei Zimmertemperatur
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Die Verdampfungswaumlrme
Beim Sieden stellt man fest dass man beim Siedepunkt staumlndig Waumlrme zufuumlhrt ohne dass sich die Temperatur erhoumlht
Diese Waumlrmeenergie wird benoumltigt dass sich der Dampf ausdehnen kann Er benoumltigt ein viel groumlszligeres Volumen als die Fluumlssigkeit
(1 dmsup3 Wasser rarr 1700 dmsup3 Dampf) Zwischen den Dampfmolekuumllen herrschen fast keine Molekularkraumlfte
Die Verdampfungswaumlrme ist jene Waumlrmeenergie die noumltig ist um 1kg einer Fluumlssigkeit beim Siedepunkt in den dampffoumlrmigen Zustand zu bringen
Beim Verdunsten haben wir die Verdunstungskaumllte
Die Verdampfungswaumlrme des Wassers betraumlgt 2260 kJkg
Vergleiche Tabelle Buch S 22
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Versuch Uhrglas auf Korken mit Wassertropfen stellen In das Uhrglas ein paar Tropfen Aumlther gieszligen und rasch mit Geblaumlse zum Verdunsten bringen
Versuch Wattebausch in Spiritus oder Aumlther eintauchen und um ein Thermometer wickelnErgebnis Es kuumlhlt ab
Ergebnis Es bildet sich eine Eisschicht infolge der Verdunstungskaumllte
Aufgaben 141 bis 146 Buch Seite 22
Kapitel 6 Waumlrmelehre
674 Verfluumlssigung (Kondensation)Uumlbergang Gasfoumlrmig rarr fluumlssig
Dies wird durch Abkuumlhlen erreicht
Versuch Wir bringen in einem Kolben Wasser zum Sieden Den Wasserdampf leiten wir in ein Gefaumlszlig mit kaltem Wasser dessen Masse und Temperatur wir vorher bestimmt haben
Nach einer gewissen Zeit messen wir wieder die Temperatur des Wassers und die Masse
Die Masse hat nur wenig zugenommen die Temperatur verhaumlltnismaumlszligig viel
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Versuchsergebnis 3f Klasse (27 3 2008)m1 = 2724 g = 02724 kgt1 = 209 degCm2 = 2922 g = 02922 kgt2 = 352 degCmD = 00198 kg Masse des Wasserdampfs der kondensiert istΔT = 143 degC
Waumlrmemenge um m1 um ΔT zu erwaumlrmen
Q1 = 4187middot02724middot143 = 163097 J
Waumlrmemenge die der kondensierte Wasserdampf mD beim Abkuumlhlen von 100degC auf 352 degC abgegeben hat
Q2 = 4187middot00198middot648 = 53721 J ist viel weniger
Der groumlszligere Teil stammt von der Kondensationswaumlrme QK = 109376 J
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Destillieren
Als Destillieren bezeichnet man das Verdampfen einer Fluumlssigkeit und das anschlieszligende VerfluumlssigenDiese Methode kann verwendet werden um Fluumlssigkeitsgemische mit verschiedenem Siedepunkt zu trennen bzw zu reinigen
Beispiele Schnaps-Brennen Fraktionierte Destillation des Erdoumlls
Fuumlhre Aufgabe 151 B S 23 aus
Kapitel 6 Waumlrmelehre
675 Die Waumlrmepumpe
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Vorgaumlnge bei der Waumlrmepumpe 1 Verdampfen
Fluumlssiges Kaumlltemittel wird bei niederem Druck verdampft Die Verdampfungs-waumlrme wird der Umgebung entzogen (Grundwasser Fluss Erdreich Luft )
2 Verdichten Der Kompressor saugt das dampffoumlrmige Kaumlltemittel an und verdichtet es Dabei erwaumlrmt es sich bleibt aber dampffoumlrmig
3 Verfluumlssigen Der uumlberhitzte Dampf wird vom Verfluumlssiger abgekuumlhlt Dabei kondensiert das Kaumlltemittel und gibt die Kondensationswaumlrme ab Der Verfluumlssiger wird fuumlr den Heizkreislauf verwendet
4 Entspannen Das Expansionsventil gleicht den Druckunterschied aus Das jetzt wieder fluumlssige Kaumlltemittel gelangt in den Verdampfer zuruumlck
Vorgang 1 bis 4 wiederholt sich rarrKreisprozess
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Versuch
Wir erwaumlrmen 5 kg Wasser
Temperatur Elektrische Energie
vorher 25degC
nachher 50degC
∆T = 25degC 25degC 6394 Wh
Erhaltene Waumlrmeenergie Q = 41875 25 = 523375 J = 14538 Wh
Guumlteziffer Erhaltene Energie hineingesteckte EnergieGuumlteziffer = 145386394= 227
Das heiszligt Wir erhalten doppelt soviel wie wir hineingesteckt haben
Bei heutigen Waumlrmepumpen erzielen wir die Guumlteziffern von 4
Bemerkung Der Kuumlhlschrank ist eine umgekehrt betriebene Waumlrmepumpe
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Die Erwaumlrmung einer Flaumlche haumlngt vom Einfallswinkel der Waumlrmestrahlen ab
l
l
Auf dieselbe Flaumlche fallen bei schraumlgem Einfall weniger Strahlen
Damit laumlsst sich auch Sommer - Winter erklaumlren
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Zusammenfassung S 11 abschreiben
Seite 11 Aufgabe 51 Weiszlige (helle) Kleider52 Schmelzen53 Dass die Strahlen reflektiert werden
Fuumlhre die Aufgaben S 11 Nr 51 52 und 53 aus
Aufbau einer Thermoskanne
Metall wegen Reflexion der StrahlenGlas schlechter WaumlrmeleiterVakuum Schlechter Waumlrmeleiter Verhindert Waumlrmestroumlmung
Kapitel 6 Waumlrmelehre
64 Brennstoffe und ihr HeizwertLies B S 12
Fossile Brennstoffe Holz Kohle Heizoumll Erdgas Propangas uswSie sind alle durch die Sonnenstrahlung entstanden (Wachstum der Pflanzen)
Sie geben bei der Verbrennung um so mehr Waumlrme ab je mehr sie Kohlenstoff enthalten
Um die Brennstoffe vergleichen zu koumlnnen wird der Heizwert eingefuumlhrt
Der Heizwert eines Stoffes ist jene Energie die bei der Verbrennung von 1kg dieses Stoffes frei wird
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Stoff Heizwert in kJkg
Holz 15000
Koks 30000
Benzin 42000
Propangas (ca 05 m3) 50000
Heizoumll extra leicht (Diesel) 42000
Der Heizwert eines Stoffes ist jene Energie die bei der Verbrennung von 1kg dieses Stoffes frei wird
Probleme Die Erdoumll- Erdgas und Kohlevorraumlte die bereits vor Millionen von Jahren entstanden sind werden erst seit dem 18 Jahrhundert in groszligen Mengen abgebautWenn der Energieverbrauch auf dem derzeitigen Niveau bleibt werden die Erdoumllreserven noch ca 50 - 100 Jahre reichen
Die fossilen Brennstoffe setzen bei der Verbrennung das Treibhausgas CO2 frei das zu einer Klimaveraumlnderung fuumlhrt
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Die fossilen Brennstoffe setzen bei der Verbrennung das Treibhausgas CO2 frei das zu einer Klimaveraumlnderung fuumlhrt
Energie moumlglichst sparsam einsetzen Alternativenergien mehr foumlrdern
bull Solare Brauchwasserbereitungbull Nutzung der Sonnenenergie zum Heizenbull Waumlrmepumpenbull Isolieren von Gebaumluden
Kapitel 6 Waumlrmelehre
65 HeizsystemeLies Buch S 13
Fruumlher Ofen (Holz Kohle) fuumlr jedes ZimmerHeute meist Warmwasser-Zentralheizung
Wasser wird im Heizkessel erwaumlrmt und mit einer Umwaumllzpumpe in die Heizkoumlrper transportiert (Vorlauf) Das Wasser gibt im Heizkoumlrper seine Waumlrme ab und flieszligt uumlber den Ruumlcklauf in den Heizkessel Die Beheizung des Heizkessels kann mit Holz Kohle Oumll Gas erfolgen Billiger und umweltfreundlicher ist der Betrieb einer Waumlrmepumpe (Anschaffung ist teurer) Mit einem Einsatz von 1 kWh bekommt man 4 kWh an Waumlrmeenergie (34 kommen aus der Umgebung) Heizsystem muss passen (niedere Vorlauftemperatur (max 55degC))
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Alternative Beheizungen
bull Kachelofen (mit Umluft auch fuumlr mehrere Raumlume verwendbar)bull Warmluftkollektoren mit Geroumlllspeicherbull Sonnenkollektoren sind houmlchstens als Vorheizung im Winter
geeignetbull Fuumlr die Bereitung von Warmwasser sind sie fuumlr das
Sommerhalbjahr aber ideal (April - Sept) Man kann damit 60 des Warmwasserbedarfs decken
Hausuumlbung Preise fuumlr Gas Heizoumll und Kohle erfragen Heizkosten fuumlr Einfamilienhaus pro Heizsaison Herausfinden welches Heizsystem zuhause verwendet wird
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Erhebung Heizsysteme
Flaumlche
ieWaumlrmeenerg
Art der Heizung
Verbrauchte Heizmaterialmenge (Liter msup3 kwh)
Heizwert des Heizmaterials
Waumlrmeenergie = Heizwert x Menge
Flaumlcheninhalt der beheizten Flaumlche
bdquoEnergiekennzahlldquo =
Anzahl der Personen
Energieverbrauch pro Person
Art der Warmwasserbereitung (elektr Sonne mit Heizung)
Ist die Warmwasserbereitung in der obigen Heizmaterialmenge enthalten
Kapitel 6 Waumlrmelehre
66 Brandbekaumlmpfung Lies Buch S 14
Voraussetzungen fuumlr Verbrennung
Brennbarer Stoff und Sauerstoff
Ein Maszlig fuumlr die Feuergefaumlhrlichkeit eines Stoffes ist sein Flammpunkt Darunter versteht man jene Temperatur von der an sich das Gemisch aus dem Dampf des brennbaren Stoffes mit der Luft entzuumlnden laumlsst
Flammpunkte Ether -40degCBenzin -20degCDieseloumll 55degC
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Brandbekaumlmpfung
bull Abkuumlhlen der brennbaren Stoffe z B mit Wasser Achtung nicht bei brennenden Fluumlssigkeiten
bull Verhindern der Sauerstoffzufuhr feuchte Decken uumlber den brennenden Koumlrper Feuerloumlscher ist meist mit Kohlendioxid gefuumlllt (verhindert Luftzufuhr)
Feuerwehr 122Rettung 144Gendarmerie 133
Kapitel 6 Waumlrmelehre
67 Zustandsaumlnderungen
Alle Gegenstaumlnde werden als Koumlrper bezeichnet
Sie treten in verschiedenen Zustandsformen auf
Festkoumlrper
Fluumlssigkeiten
Gase
fluumlssig
fest
gasfoumlrmig
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Eiswuumlrfel in die Hand nehmen Er wird allmaumlhlich zu Wasser Dazu ist Waumlrme noumltigZum Sieden ist ebenfalls Waumlrme noumltig
Aggregatzustandsaumlnderungen
Festkoumlrper
Gas
Fluumlssigkeit
Schmelzen
Erstarren
Sublimieren
Resublimieren Verdampfen
Kondensieren
Uumlberlegungen
Die Uumlbergaumlnge sind mit Waumlrmezufuhr bzw mit Waumlrmeabgabe verbunden
Auch Aumlnderungen des Druckes koumlnnen zu Aggregatzustandsaumlnde-rungen fuumlhrenz B Propangas wird in Flaschen unter sehr hohen Druck gesetzt dadurch wird es dort fluumlssig
Kapitel 6 Waumlrmelehre
671 Schmelzen und ErstarrenVersuch
1 Liter Wasser mit 80degC und 1 kg Eis werden zusammengemischt Vgl Abb 111 Seite 17
Ergebnis
Es entstehen 2 kg Wasser mit einer Temperatur von 0degC
Wir berechnen die eingesetzte Waumlrmeenergie
Um Wasser von 0degC auf 80degC zu erwaumlrmen benoumltigen wir 80middot4187 kJ = 33496 kJ
Diese Waumlrme benoumltigen wir fuumlr das Schmelzen von 1kg Eis
Die Schmelzwaumlrme eines Stoffes ist jene Waumlrmeenergie die noumltig ist um 1kg eines Stoffes beim Schmelzpunkt vom festen in den fluumlssigen Zustand zu bringen
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Die Schmelzwaumlrme des Eises betraumlgt 335 kJkg
Diese Waumlrme ist im Vergleich zu anderen Stoffen ziemlich groszlig
Beim Uumlbergang vom fluumlssigen in den festen Zustand wird die Erstarrungswaumlrme freiDie Erstarrungswaumlrme ist gleich groszlig wie die Schmelzwaumlrme
Anwendung Frostbekaumlmpfung Lies B S 17 Abb 112
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Volumsaumlnderungen beim Schmelzen und Erstarren
Versuch1
Paraffin erstarren lassen rarr Es zieht sich zusammen
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Versuch2
Kaumlltemischung mit drei Teilen Eis und einem Teil Kochsalz herstellen Eine Eprouvette mit 10 cm Wassersaumlule langsam hineingeben
rarr Wasser erstarrt und dehnt sich um ca 111 des Volumens aus
Die meisten Stoffe dehnen sich beim Schmelzen aus und ziehen sich beim Erstarren zusammen
Ausnahme Wasser Das Wasser dehnt sich beim Gefrieren
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Bedeutung in der Natur Uumlberlege Aufgaben 111 bis 115 B S 18
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Loumlten und Schweiszligen
Lies Buch Seite 19
Metalle koumlnnen durch Loumlten bzw Schweiszligen miteinander verbunden werden
Kapitel 6 Waumlrmelehre
672 Anomalie des Wassers Die meisten Fluumlssigkeiten beanspruchen bei houmlherer Temperatur ein groumlszligeres Volumen (Sie dehnen sich aus vgl Fluumlssigkeitsthermometer)
degC
degC
4degC
0degC
Bei Wasser zeigt sich zwischen 0degC und 4degC ein anderes Verhalten
Versuch
Hohes Glas mit Wasser und zerkleinertem Eis gefuumlllt Gut mischen
2 Thermometer T1 taucht bis zum Boden ein T2 taucht bis zur schwimmenden Eisschicht ein
Ergebnis T1 zeigt 4degC T2 zeigt 0degC
Folgerung Das Wasser mit der groumlszligeren Dichte sammelt sich unten an
Wasser hat bei 4degC seine groumlszligte Dichte und sein kleinstes Volumen
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Hausuumlbung Abb 132 Seite 20 zeichnen (beide Bilder)Die Anomalie des Wassers hat eine groszlige Bedeutung fuumlr die Wasserlebewesen Wasser gefriert von oben zu Tiefe Gewaumlsser gefrieren nie bis zum Boden
Winter Sommer
Kapitel 6 Waumlrmelehre
673 Verdampfen Sieden Verdunsten
Sieden erfolgt bei einer ganz bestimmten Temperatur
Wh Wie haben wir die Temperatureinheit Grad Celsius festgelegt
Verdunsten erfolgt bei beliebiger Temperatur (Ist ein Vorgang an der Oberflaumlche der Fluumlssigkeit)
Wir haben gelernt Wasser siedet bei Normaldruck (1013 mbar) bei 100degC
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Gibt man Wasser in einen abgeschlossenen Topf und erhitzt es so siedet es erst bei houmlherer Temperatur
Grund Der Druck ist houmlher und erhoumlht damit den Siedepunkt
Anwendung Dampfdruckkochtopf (Schnellkochtopf) (Achtung Sicherheitsventil noumltig)Dort sieden die Speisen erst bei etwa 125 degC Dies hat den Vorteil dass die Speisen schneller gar werden (Lebenswichtige Vitamine und Mineralsalze bleiben erhalten)
Die Siedetemperatur haumlngt vom Druck ab Bei houmlherem Druck wird sie houmlher bei geringerem erniedrigt sie sich
Abhaumlngigkeit der Siedetemperatur vom Druck
Versuch Becherglas mit Wasser von Zimmertemperatur gefuumlllt unter Vakuumpumpe
Ergebnis Wasser siedet bei sehr kleinem Druck bereits bei Zimmertemperatur
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Die Verdampfungswaumlrme
Beim Sieden stellt man fest dass man beim Siedepunkt staumlndig Waumlrme zufuumlhrt ohne dass sich die Temperatur erhoumlht
Diese Waumlrmeenergie wird benoumltigt dass sich der Dampf ausdehnen kann Er benoumltigt ein viel groumlszligeres Volumen als die Fluumlssigkeit
(1 dmsup3 Wasser rarr 1700 dmsup3 Dampf) Zwischen den Dampfmolekuumllen herrschen fast keine Molekularkraumlfte
Die Verdampfungswaumlrme ist jene Waumlrmeenergie die noumltig ist um 1kg einer Fluumlssigkeit beim Siedepunkt in den dampffoumlrmigen Zustand zu bringen
Beim Verdunsten haben wir die Verdunstungskaumllte
Die Verdampfungswaumlrme des Wassers betraumlgt 2260 kJkg
Vergleiche Tabelle Buch S 22
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Versuch Uhrglas auf Korken mit Wassertropfen stellen In das Uhrglas ein paar Tropfen Aumlther gieszligen und rasch mit Geblaumlse zum Verdunsten bringen
Versuch Wattebausch in Spiritus oder Aumlther eintauchen und um ein Thermometer wickelnErgebnis Es kuumlhlt ab
Ergebnis Es bildet sich eine Eisschicht infolge der Verdunstungskaumllte
Aufgaben 141 bis 146 Buch Seite 22
Kapitel 6 Waumlrmelehre
674 Verfluumlssigung (Kondensation)Uumlbergang Gasfoumlrmig rarr fluumlssig
Dies wird durch Abkuumlhlen erreicht
Versuch Wir bringen in einem Kolben Wasser zum Sieden Den Wasserdampf leiten wir in ein Gefaumlszlig mit kaltem Wasser dessen Masse und Temperatur wir vorher bestimmt haben
Nach einer gewissen Zeit messen wir wieder die Temperatur des Wassers und die Masse
Die Masse hat nur wenig zugenommen die Temperatur verhaumlltnismaumlszligig viel
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Versuchsergebnis 3f Klasse (27 3 2008)m1 = 2724 g = 02724 kgt1 = 209 degCm2 = 2922 g = 02922 kgt2 = 352 degCmD = 00198 kg Masse des Wasserdampfs der kondensiert istΔT = 143 degC
Waumlrmemenge um m1 um ΔT zu erwaumlrmen
Q1 = 4187middot02724middot143 = 163097 J
Waumlrmemenge die der kondensierte Wasserdampf mD beim Abkuumlhlen von 100degC auf 352 degC abgegeben hat
Q2 = 4187middot00198middot648 = 53721 J ist viel weniger
Der groumlszligere Teil stammt von der Kondensationswaumlrme QK = 109376 J
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Destillieren
Als Destillieren bezeichnet man das Verdampfen einer Fluumlssigkeit und das anschlieszligende VerfluumlssigenDiese Methode kann verwendet werden um Fluumlssigkeitsgemische mit verschiedenem Siedepunkt zu trennen bzw zu reinigen
Beispiele Schnaps-Brennen Fraktionierte Destillation des Erdoumlls
Fuumlhre Aufgabe 151 B S 23 aus
Kapitel 6 Waumlrmelehre
675 Die Waumlrmepumpe
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Vorgaumlnge bei der Waumlrmepumpe 1 Verdampfen
Fluumlssiges Kaumlltemittel wird bei niederem Druck verdampft Die Verdampfungs-waumlrme wird der Umgebung entzogen (Grundwasser Fluss Erdreich Luft )
2 Verdichten Der Kompressor saugt das dampffoumlrmige Kaumlltemittel an und verdichtet es Dabei erwaumlrmt es sich bleibt aber dampffoumlrmig
3 Verfluumlssigen Der uumlberhitzte Dampf wird vom Verfluumlssiger abgekuumlhlt Dabei kondensiert das Kaumlltemittel und gibt die Kondensationswaumlrme ab Der Verfluumlssiger wird fuumlr den Heizkreislauf verwendet
4 Entspannen Das Expansionsventil gleicht den Druckunterschied aus Das jetzt wieder fluumlssige Kaumlltemittel gelangt in den Verdampfer zuruumlck
Vorgang 1 bis 4 wiederholt sich rarrKreisprozess
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Versuch
Wir erwaumlrmen 5 kg Wasser
Temperatur Elektrische Energie
vorher 25degC
nachher 50degC
∆T = 25degC 25degC 6394 Wh
Erhaltene Waumlrmeenergie Q = 41875 25 = 523375 J = 14538 Wh
Guumlteziffer Erhaltene Energie hineingesteckte EnergieGuumlteziffer = 145386394= 227
Das heiszligt Wir erhalten doppelt soviel wie wir hineingesteckt haben
Bei heutigen Waumlrmepumpen erzielen wir die Guumlteziffern von 4
Bemerkung Der Kuumlhlschrank ist eine umgekehrt betriebene Waumlrmepumpe
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Die Erwaumlrmung einer Flaumlche haumlngt vom Einfallswinkel der Waumlrmestrahlen ab
l
l
Auf dieselbe Flaumlche fallen bei schraumlgem Einfall weniger Strahlen
Damit laumlsst sich auch Sommer - Winter erklaumlren
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Zusammenfassung S 11 abschreiben
Seite 11 Aufgabe 51 Weiszlige (helle) Kleider52 Schmelzen53 Dass die Strahlen reflektiert werden
Fuumlhre die Aufgaben S 11 Nr 51 52 und 53 aus
Aufbau einer Thermoskanne
Metall wegen Reflexion der StrahlenGlas schlechter WaumlrmeleiterVakuum Schlechter Waumlrmeleiter Verhindert Waumlrmestroumlmung
Kapitel 6 Waumlrmelehre
64 Brennstoffe und ihr HeizwertLies B S 12
Fossile Brennstoffe Holz Kohle Heizoumll Erdgas Propangas uswSie sind alle durch die Sonnenstrahlung entstanden (Wachstum der Pflanzen)
Sie geben bei der Verbrennung um so mehr Waumlrme ab je mehr sie Kohlenstoff enthalten
Um die Brennstoffe vergleichen zu koumlnnen wird der Heizwert eingefuumlhrt
Der Heizwert eines Stoffes ist jene Energie die bei der Verbrennung von 1kg dieses Stoffes frei wird
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Stoff Heizwert in kJkg
Holz 15000
Koks 30000
Benzin 42000
Propangas (ca 05 m3) 50000
Heizoumll extra leicht (Diesel) 42000
Der Heizwert eines Stoffes ist jene Energie die bei der Verbrennung von 1kg dieses Stoffes frei wird
Probleme Die Erdoumll- Erdgas und Kohlevorraumlte die bereits vor Millionen von Jahren entstanden sind werden erst seit dem 18 Jahrhundert in groszligen Mengen abgebautWenn der Energieverbrauch auf dem derzeitigen Niveau bleibt werden die Erdoumllreserven noch ca 50 - 100 Jahre reichen
Die fossilen Brennstoffe setzen bei der Verbrennung das Treibhausgas CO2 frei das zu einer Klimaveraumlnderung fuumlhrt
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Die fossilen Brennstoffe setzen bei der Verbrennung das Treibhausgas CO2 frei das zu einer Klimaveraumlnderung fuumlhrt
Energie moumlglichst sparsam einsetzen Alternativenergien mehr foumlrdern
bull Solare Brauchwasserbereitungbull Nutzung der Sonnenenergie zum Heizenbull Waumlrmepumpenbull Isolieren von Gebaumluden
Kapitel 6 Waumlrmelehre
65 HeizsystemeLies Buch S 13
Fruumlher Ofen (Holz Kohle) fuumlr jedes ZimmerHeute meist Warmwasser-Zentralheizung
Wasser wird im Heizkessel erwaumlrmt und mit einer Umwaumllzpumpe in die Heizkoumlrper transportiert (Vorlauf) Das Wasser gibt im Heizkoumlrper seine Waumlrme ab und flieszligt uumlber den Ruumlcklauf in den Heizkessel Die Beheizung des Heizkessels kann mit Holz Kohle Oumll Gas erfolgen Billiger und umweltfreundlicher ist der Betrieb einer Waumlrmepumpe (Anschaffung ist teurer) Mit einem Einsatz von 1 kWh bekommt man 4 kWh an Waumlrmeenergie (34 kommen aus der Umgebung) Heizsystem muss passen (niedere Vorlauftemperatur (max 55degC))
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Alternative Beheizungen
bull Kachelofen (mit Umluft auch fuumlr mehrere Raumlume verwendbar)bull Warmluftkollektoren mit Geroumlllspeicherbull Sonnenkollektoren sind houmlchstens als Vorheizung im Winter
geeignetbull Fuumlr die Bereitung von Warmwasser sind sie fuumlr das
Sommerhalbjahr aber ideal (April - Sept) Man kann damit 60 des Warmwasserbedarfs decken
Hausuumlbung Preise fuumlr Gas Heizoumll und Kohle erfragen Heizkosten fuumlr Einfamilienhaus pro Heizsaison Herausfinden welches Heizsystem zuhause verwendet wird
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Erhebung Heizsysteme
Flaumlche
ieWaumlrmeenerg
Art der Heizung
Verbrauchte Heizmaterialmenge (Liter msup3 kwh)
Heizwert des Heizmaterials
Waumlrmeenergie = Heizwert x Menge
Flaumlcheninhalt der beheizten Flaumlche
bdquoEnergiekennzahlldquo =
Anzahl der Personen
Energieverbrauch pro Person
Art der Warmwasserbereitung (elektr Sonne mit Heizung)
Ist die Warmwasserbereitung in der obigen Heizmaterialmenge enthalten
Kapitel 6 Waumlrmelehre
66 Brandbekaumlmpfung Lies Buch S 14
Voraussetzungen fuumlr Verbrennung
Brennbarer Stoff und Sauerstoff
Ein Maszlig fuumlr die Feuergefaumlhrlichkeit eines Stoffes ist sein Flammpunkt Darunter versteht man jene Temperatur von der an sich das Gemisch aus dem Dampf des brennbaren Stoffes mit der Luft entzuumlnden laumlsst
Flammpunkte Ether -40degCBenzin -20degCDieseloumll 55degC
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Brandbekaumlmpfung
bull Abkuumlhlen der brennbaren Stoffe z B mit Wasser Achtung nicht bei brennenden Fluumlssigkeiten
bull Verhindern der Sauerstoffzufuhr feuchte Decken uumlber den brennenden Koumlrper Feuerloumlscher ist meist mit Kohlendioxid gefuumlllt (verhindert Luftzufuhr)
Feuerwehr 122Rettung 144Gendarmerie 133
Kapitel 6 Waumlrmelehre
67 Zustandsaumlnderungen
Alle Gegenstaumlnde werden als Koumlrper bezeichnet
Sie treten in verschiedenen Zustandsformen auf
Festkoumlrper
Fluumlssigkeiten
Gase
fluumlssig
fest
gasfoumlrmig
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Eiswuumlrfel in die Hand nehmen Er wird allmaumlhlich zu Wasser Dazu ist Waumlrme noumltigZum Sieden ist ebenfalls Waumlrme noumltig
Aggregatzustandsaumlnderungen
Festkoumlrper
Gas
Fluumlssigkeit
Schmelzen
Erstarren
Sublimieren
Resublimieren Verdampfen
Kondensieren
Uumlberlegungen
Die Uumlbergaumlnge sind mit Waumlrmezufuhr bzw mit Waumlrmeabgabe verbunden
Auch Aumlnderungen des Druckes koumlnnen zu Aggregatzustandsaumlnde-rungen fuumlhrenz B Propangas wird in Flaschen unter sehr hohen Druck gesetzt dadurch wird es dort fluumlssig
Kapitel 6 Waumlrmelehre
671 Schmelzen und ErstarrenVersuch
1 Liter Wasser mit 80degC und 1 kg Eis werden zusammengemischt Vgl Abb 111 Seite 17
Ergebnis
Es entstehen 2 kg Wasser mit einer Temperatur von 0degC
Wir berechnen die eingesetzte Waumlrmeenergie
Um Wasser von 0degC auf 80degC zu erwaumlrmen benoumltigen wir 80middot4187 kJ = 33496 kJ
Diese Waumlrme benoumltigen wir fuumlr das Schmelzen von 1kg Eis
Die Schmelzwaumlrme eines Stoffes ist jene Waumlrmeenergie die noumltig ist um 1kg eines Stoffes beim Schmelzpunkt vom festen in den fluumlssigen Zustand zu bringen
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Die Schmelzwaumlrme des Eises betraumlgt 335 kJkg
Diese Waumlrme ist im Vergleich zu anderen Stoffen ziemlich groszlig
Beim Uumlbergang vom fluumlssigen in den festen Zustand wird die Erstarrungswaumlrme freiDie Erstarrungswaumlrme ist gleich groszlig wie die Schmelzwaumlrme
Anwendung Frostbekaumlmpfung Lies B S 17 Abb 112
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Volumsaumlnderungen beim Schmelzen und Erstarren
Versuch1
Paraffin erstarren lassen rarr Es zieht sich zusammen
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Versuch2
Kaumlltemischung mit drei Teilen Eis und einem Teil Kochsalz herstellen Eine Eprouvette mit 10 cm Wassersaumlule langsam hineingeben
rarr Wasser erstarrt und dehnt sich um ca 111 des Volumens aus
Die meisten Stoffe dehnen sich beim Schmelzen aus und ziehen sich beim Erstarren zusammen
Ausnahme Wasser Das Wasser dehnt sich beim Gefrieren
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Bedeutung in der Natur Uumlberlege Aufgaben 111 bis 115 B S 18
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Loumlten und Schweiszligen
Lies Buch Seite 19
Metalle koumlnnen durch Loumlten bzw Schweiszligen miteinander verbunden werden
Kapitel 6 Waumlrmelehre
672 Anomalie des Wassers Die meisten Fluumlssigkeiten beanspruchen bei houmlherer Temperatur ein groumlszligeres Volumen (Sie dehnen sich aus vgl Fluumlssigkeitsthermometer)
degC
degC
4degC
0degC
Bei Wasser zeigt sich zwischen 0degC und 4degC ein anderes Verhalten
Versuch
Hohes Glas mit Wasser und zerkleinertem Eis gefuumlllt Gut mischen
2 Thermometer T1 taucht bis zum Boden ein T2 taucht bis zur schwimmenden Eisschicht ein
Ergebnis T1 zeigt 4degC T2 zeigt 0degC
Folgerung Das Wasser mit der groumlszligeren Dichte sammelt sich unten an
Wasser hat bei 4degC seine groumlszligte Dichte und sein kleinstes Volumen
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Hausuumlbung Abb 132 Seite 20 zeichnen (beide Bilder)Die Anomalie des Wassers hat eine groszlige Bedeutung fuumlr die Wasserlebewesen Wasser gefriert von oben zu Tiefe Gewaumlsser gefrieren nie bis zum Boden
Winter Sommer
Kapitel 6 Waumlrmelehre
673 Verdampfen Sieden Verdunsten
Sieden erfolgt bei einer ganz bestimmten Temperatur
Wh Wie haben wir die Temperatureinheit Grad Celsius festgelegt
Verdunsten erfolgt bei beliebiger Temperatur (Ist ein Vorgang an der Oberflaumlche der Fluumlssigkeit)
Wir haben gelernt Wasser siedet bei Normaldruck (1013 mbar) bei 100degC
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Gibt man Wasser in einen abgeschlossenen Topf und erhitzt es so siedet es erst bei houmlherer Temperatur
Grund Der Druck ist houmlher und erhoumlht damit den Siedepunkt
Anwendung Dampfdruckkochtopf (Schnellkochtopf) (Achtung Sicherheitsventil noumltig)Dort sieden die Speisen erst bei etwa 125 degC Dies hat den Vorteil dass die Speisen schneller gar werden (Lebenswichtige Vitamine und Mineralsalze bleiben erhalten)
Die Siedetemperatur haumlngt vom Druck ab Bei houmlherem Druck wird sie houmlher bei geringerem erniedrigt sie sich
Abhaumlngigkeit der Siedetemperatur vom Druck
Versuch Becherglas mit Wasser von Zimmertemperatur gefuumlllt unter Vakuumpumpe
Ergebnis Wasser siedet bei sehr kleinem Druck bereits bei Zimmertemperatur
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Die Verdampfungswaumlrme
Beim Sieden stellt man fest dass man beim Siedepunkt staumlndig Waumlrme zufuumlhrt ohne dass sich die Temperatur erhoumlht
Diese Waumlrmeenergie wird benoumltigt dass sich der Dampf ausdehnen kann Er benoumltigt ein viel groumlszligeres Volumen als die Fluumlssigkeit
(1 dmsup3 Wasser rarr 1700 dmsup3 Dampf) Zwischen den Dampfmolekuumllen herrschen fast keine Molekularkraumlfte
Die Verdampfungswaumlrme ist jene Waumlrmeenergie die noumltig ist um 1kg einer Fluumlssigkeit beim Siedepunkt in den dampffoumlrmigen Zustand zu bringen
Beim Verdunsten haben wir die Verdunstungskaumllte
Die Verdampfungswaumlrme des Wassers betraumlgt 2260 kJkg
Vergleiche Tabelle Buch S 22
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Versuch Uhrglas auf Korken mit Wassertropfen stellen In das Uhrglas ein paar Tropfen Aumlther gieszligen und rasch mit Geblaumlse zum Verdunsten bringen
Versuch Wattebausch in Spiritus oder Aumlther eintauchen und um ein Thermometer wickelnErgebnis Es kuumlhlt ab
Ergebnis Es bildet sich eine Eisschicht infolge der Verdunstungskaumllte
Aufgaben 141 bis 146 Buch Seite 22
Kapitel 6 Waumlrmelehre
674 Verfluumlssigung (Kondensation)Uumlbergang Gasfoumlrmig rarr fluumlssig
Dies wird durch Abkuumlhlen erreicht
Versuch Wir bringen in einem Kolben Wasser zum Sieden Den Wasserdampf leiten wir in ein Gefaumlszlig mit kaltem Wasser dessen Masse und Temperatur wir vorher bestimmt haben
Nach einer gewissen Zeit messen wir wieder die Temperatur des Wassers und die Masse
Die Masse hat nur wenig zugenommen die Temperatur verhaumlltnismaumlszligig viel
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Versuchsergebnis 3f Klasse (27 3 2008)m1 = 2724 g = 02724 kgt1 = 209 degCm2 = 2922 g = 02922 kgt2 = 352 degCmD = 00198 kg Masse des Wasserdampfs der kondensiert istΔT = 143 degC
Waumlrmemenge um m1 um ΔT zu erwaumlrmen
Q1 = 4187middot02724middot143 = 163097 J
Waumlrmemenge die der kondensierte Wasserdampf mD beim Abkuumlhlen von 100degC auf 352 degC abgegeben hat
Q2 = 4187middot00198middot648 = 53721 J ist viel weniger
Der groumlszligere Teil stammt von der Kondensationswaumlrme QK = 109376 J
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Destillieren
Als Destillieren bezeichnet man das Verdampfen einer Fluumlssigkeit und das anschlieszligende VerfluumlssigenDiese Methode kann verwendet werden um Fluumlssigkeitsgemische mit verschiedenem Siedepunkt zu trennen bzw zu reinigen
Beispiele Schnaps-Brennen Fraktionierte Destillation des Erdoumlls
Fuumlhre Aufgabe 151 B S 23 aus
Kapitel 6 Waumlrmelehre
675 Die Waumlrmepumpe
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Vorgaumlnge bei der Waumlrmepumpe 1 Verdampfen
Fluumlssiges Kaumlltemittel wird bei niederem Druck verdampft Die Verdampfungs-waumlrme wird der Umgebung entzogen (Grundwasser Fluss Erdreich Luft )
2 Verdichten Der Kompressor saugt das dampffoumlrmige Kaumlltemittel an und verdichtet es Dabei erwaumlrmt es sich bleibt aber dampffoumlrmig
3 Verfluumlssigen Der uumlberhitzte Dampf wird vom Verfluumlssiger abgekuumlhlt Dabei kondensiert das Kaumlltemittel und gibt die Kondensationswaumlrme ab Der Verfluumlssiger wird fuumlr den Heizkreislauf verwendet
4 Entspannen Das Expansionsventil gleicht den Druckunterschied aus Das jetzt wieder fluumlssige Kaumlltemittel gelangt in den Verdampfer zuruumlck
Vorgang 1 bis 4 wiederholt sich rarrKreisprozess
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Versuch
Wir erwaumlrmen 5 kg Wasser
Temperatur Elektrische Energie
vorher 25degC
nachher 50degC
∆T = 25degC 25degC 6394 Wh
Erhaltene Waumlrmeenergie Q = 41875 25 = 523375 J = 14538 Wh
Guumlteziffer Erhaltene Energie hineingesteckte EnergieGuumlteziffer = 145386394= 227
Das heiszligt Wir erhalten doppelt soviel wie wir hineingesteckt haben
Bei heutigen Waumlrmepumpen erzielen wir die Guumlteziffern von 4
Bemerkung Der Kuumlhlschrank ist eine umgekehrt betriebene Waumlrmepumpe
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Zusammenfassung S 11 abschreiben
Seite 11 Aufgabe 51 Weiszlige (helle) Kleider52 Schmelzen53 Dass die Strahlen reflektiert werden
Fuumlhre die Aufgaben S 11 Nr 51 52 und 53 aus
Aufbau einer Thermoskanne
Metall wegen Reflexion der StrahlenGlas schlechter WaumlrmeleiterVakuum Schlechter Waumlrmeleiter Verhindert Waumlrmestroumlmung
Kapitel 6 Waumlrmelehre
64 Brennstoffe und ihr HeizwertLies B S 12
Fossile Brennstoffe Holz Kohle Heizoumll Erdgas Propangas uswSie sind alle durch die Sonnenstrahlung entstanden (Wachstum der Pflanzen)
Sie geben bei der Verbrennung um so mehr Waumlrme ab je mehr sie Kohlenstoff enthalten
Um die Brennstoffe vergleichen zu koumlnnen wird der Heizwert eingefuumlhrt
Der Heizwert eines Stoffes ist jene Energie die bei der Verbrennung von 1kg dieses Stoffes frei wird
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Stoff Heizwert in kJkg
Holz 15000
Koks 30000
Benzin 42000
Propangas (ca 05 m3) 50000
Heizoumll extra leicht (Diesel) 42000
Der Heizwert eines Stoffes ist jene Energie die bei der Verbrennung von 1kg dieses Stoffes frei wird
Probleme Die Erdoumll- Erdgas und Kohlevorraumlte die bereits vor Millionen von Jahren entstanden sind werden erst seit dem 18 Jahrhundert in groszligen Mengen abgebautWenn der Energieverbrauch auf dem derzeitigen Niveau bleibt werden die Erdoumllreserven noch ca 50 - 100 Jahre reichen
Die fossilen Brennstoffe setzen bei der Verbrennung das Treibhausgas CO2 frei das zu einer Klimaveraumlnderung fuumlhrt
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Die fossilen Brennstoffe setzen bei der Verbrennung das Treibhausgas CO2 frei das zu einer Klimaveraumlnderung fuumlhrt
Energie moumlglichst sparsam einsetzen Alternativenergien mehr foumlrdern
bull Solare Brauchwasserbereitungbull Nutzung der Sonnenenergie zum Heizenbull Waumlrmepumpenbull Isolieren von Gebaumluden
Kapitel 6 Waumlrmelehre
65 HeizsystemeLies Buch S 13
Fruumlher Ofen (Holz Kohle) fuumlr jedes ZimmerHeute meist Warmwasser-Zentralheizung
Wasser wird im Heizkessel erwaumlrmt und mit einer Umwaumllzpumpe in die Heizkoumlrper transportiert (Vorlauf) Das Wasser gibt im Heizkoumlrper seine Waumlrme ab und flieszligt uumlber den Ruumlcklauf in den Heizkessel Die Beheizung des Heizkessels kann mit Holz Kohle Oumll Gas erfolgen Billiger und umweltfreundlicher ist der Betrieb einer Waumlrmepumpe (Anschaffung ist teurer) Mit einem Einsatz von 1 kWh bekommt man 4 kWh an Waumlrmeenergie (34 kommen aus der Umgebung) Heizsystem muss passen (niedere Vorlauftemperatur (max 55degC))
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Alternative Beheizungen
bull Kachelofen (mit Umluft auch fuumlr mehrere Raumlume verwendbar)bull Warmluftkollektoren mit Geroumlllspeicherbull Sonnenkollektoren sind houmlchstens als Vorheizung im Winter
geeignetbull Fuumlr die Bereitung von Warmwasser sind sie fuumlr das
Sommerhalbjahr aber ideal (April - Sept) Man kann damit 60 des Warmwasserbedarfs decken
Hausuumlbung Preise fuumlr Gas Heizoumll und Kohle erfragen Heizkosten fuumlr Einfamilienhaus pro Heizsaison Herausfinden welches Heizsystem zuhause verwendet wird
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Erhebung Heizsysteme
Flaumlche
ieWaumlrmeenerg
Art der Heizung
Verbrauchte Heizmaterialmenge (Liter msup3 kwh)
Heizwert des Heizmaterials
Waumlrmeenergie = Heizwert x Menge
Flaumlcheninhalt der beheizten Flaumlche
bdquoEnergiekennzahlldquo =
Anzahl der Personen
Energieverbrauch pro Person
Art der Warmwasserbereitung (elektr Sonne mit Heizung)
Ist die Warmwasserbereitung in der obigen Heizmaterialmenge enthalten
Kapitel 6 Waumlrmelehre
66 Brandbekaumlmpfung Lies Buch S 14
Voraussetzungen fuumlr Verbrennung
Brennbarer Stoff und Sauerstoff
Ein Maszlig fuumlr die Feuergefaumlhrlichkeit eines Stoffes ist sein Flammpunkt Darunter versteht man jene Temperatur von der an sich das Gemisch aus dem Dampf des brennbaren Stoffes mit der Luft entzuumlnden laumlsst
Flammpunkte Ether -40degCBenzin -20degCDieseloumll 55degC
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Brandbekaumlmpfung
bull Abkuumlhlen der brennbaren Stoffe z B mit Wasser Achtung nicht bei brennenden Fluumlssigkeiten
bull Verhindern der Sauerstoffzufuhr feuchte Decken uumlber den brennenden Koumlrper Feuerloumlscher ist meist mit Kohlendioxid gefuumlllt (verhindert Luftzufuhr)
Feuerwehr 122Rettung 144Gendarmerie 133
Kapitel 6 Waumlrmelehre
67 Zustandsaumlnderungen
Alle Gegenstaumlnde werden als Koumlrper bezeichnet
Sie treten in verschiedenen Zustandsformen auf
Festkoumlrper
Fluumlssigkeiten
Gase
fluumlssig
fest
gasfoumlrmig
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Eiswuumlrfel in die Hand nehmen Er wird allmaumlhlich zu Wasser Dazu ist Waumlrme noumltigZum Sieden ist ebenfalls Waumlrme noumltig
Aggregatzustandsaumlnderungen
Festkoumlrper
Gas
Fluumlssigkeit
Schmelzen
Erstarren
Sublimieren
Resublimieren Verdampfen
Kondensieren
Uumlberlegungen
Die Uumlbergaumlnge sind mit Waumlrmezufuhr bzw mit Waumlrmeabgabe verbunden
Auch Aumlnderungen des Druckes koumlnnen zu Aggregatzustandsaumlnde-rungen fuumlhrenz B Propangas wird in Flaschen unter sehr hohen Druck gesetzt dadurch wird es dort fluumlssig
Kapitel 6 Waumlrmelehre
671 Schmelzen und ErstarrenVersuch
1 Liter Wasser mit 80degC und 1 kg Eis werden zusammengemischt Vgl Abb 111 Seite 17
Ergebnis
Es entstehen 2 kg Wasser mit einer Temperatur von 0degC
Wir berechnen die eingesetzte Waumlrmeenergie
Um Wasser von 0degC auf 80degC zu erwaumlrmen benoumltigen wir 80middot4187 kJ = 33496 kJ
Diese Waumlrme benoumltigen wir fuumlr das Schmelzen von 1kg Eis
Die Schmelzwaumlrme eines Stoffes ist jene Waumlrmeenergie die noumltig ist um 1kg eines Stoffes beim Schmelzpunkt vom festen in den fluumlssigen Zustand zu bringen
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Die Schmelzwaumlrme des Eises betraumlgt 335 kJkg
Diese Waumlrme ist im Vergleich zu anderen Stoffen ziemlich groszlig
Beim Uumlbergang vom fluumlssigen in den festen Zustand wird die Erstarrungswaumlrme freiDie Erstarrungswaumlrme ist gleich groszlig wie die Schmelzwaumlrme
Anwendung Frostbekaumlmpfung Lies B S 17 Abb 112
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Volumsaumlnderungen beim Schmelzen und Erstarren
Versuch1
Paraffin erstarren lassen rarr Es zieht sich zusammen
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Versuch2
Kaumlltemischung mit drei Teilen Eis und einem Teil Kochsalz herstellen Eine Eprouvette mit 10 cm Wassersaumlule langsam hineingeben
rarr Wasser erstarrt und dehnt sich um ca 111 des Volumens aus
Die meisten Stoffe dehnen sich beim Schmelzen aus und ziehen sich beim Erstarren zusammen
Ausnahme Wasser Das Wasser dehnt sich beim Gefrieren
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Bedeutung in der Natur Uumlberlege Aufgaben 111 bis 115 B S 18
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Loumlten und Schweiszligen
Lies Buch Seite 19
Metalle koumlnnen durch Loumlten bzw Schweiszligen miteinander verbunden werden
Kapitel 6 Waumlrmelehre
672 Anomalie des Wassers Die meisten Fluumlssigkeiten beanspruchen bei houmlherer Temperatur ein groumlszligeres Volumen (Sie dehnen sich aus vgl Fluumlssigkeitsthermometer)
degC
degC
4degC
0degC
Bei Wasser zeigt sich zwischen 0degC und 4degC ein anderes Verhalten
Versuch
Hohes Glas mit Wasser und zerkleinertem Eis gefuumlllt Gut mischen
2 Thermometer T1 taucht bis zum Boden ein T2 taucht bis zur schwimmenden Eisschicht ein
Ergebnis T1 zeigt 4degC T2 zeigt 0degC
Folgerung Das Wasser mit der groumlszligeren Dichte sammelt sich unten an
Wasser hat bei 4degC seine groumlszligte Dichte und sein kleinstes Volumen
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Hausuumlbung Abb 132 Seite 20 zeichnen (beide Bilder)Die Anomalie des Wassers hat eine groszlige Bedeutung fuumlr die Wasserlebewesen Wasser gefriert von oben zu Tiefe Gewaumlsser gefrieren nie bis zum Boden
Winter Sommer
Kapitel 6 Waumlrmelehre
673 Verdampfen Sieden Verdunsten
Sieden erfolgt bei einer ganz bestimmten Temperatur
Wh Wie haben wir die Temperatureinheit Grad Celsius festgelegt
Verdunsten erfolgt bei beliebiger Temperatur (Ist ein Vorgang an der Oberflaumlche der Fluumlssigkeit)
Wir haben gelernt Wasser siedet bei Normaldruck (1013 mbar) bei 100degC
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Gibt man Wasser in einen abgeschlossenen Topf und erhitzt es so siedet es erst bei houmlherer Temperatur
Grund Der Druck ist houmlher und erhoumlht damit den Siedepunkt
Anwendung Dampfdruckkochtopf (Schnellkochtopf) (Achtung Sicherheitsventil noumltig)Dort sieden die Speisen erst bei etwa 125 degC Dies hat den Vorteil dass die Speisen schneller gar werden (Lebenswichtige Vitamine und Mineralsalze bleiben erhalten)
Die Siedetemperatur haumlngt vom Druck ab Bei houmlherem Druck wird sie houmlher bei geringerem erniedrigt sie sich
Abhaumlngigkeit der Siedetemperatur vom Druck
Versuch Becherglas mit Wasser von Zimmertemperatur gefuumlllt unter Vakuumpumpe
Ergebnis Wasser siedet bei sehr kleinem Druck bereits bei Zimmertemperatur
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Die Verdampfungswaumlrme
Beim Sieden stellt man fest dass man beim Siedepunkt staumlndig Waumlrme zufuumlhrt ohne dass sich die Temperatur erhoumlht
Diese Waumlrmeenergie wird benoumltigt dass sich der Dampf ausdehnen kann Er benoumltigt ein viel groumlszligeres Volumen als die Fluumlssigkeit
(1 dmsup3 Wasser rarr 1700 dmsup3 Dampf) Zwischen den Dampfmolekuumllen herrschen fast keine Molekularkraumlfte
Die Verdampfungswaumlrme ist jene Waumlrmeenergie die noumltig ist um 1kg einer Fluumlssigkeit beim Siedepunkt in den dampffoumlrmigen Zustand zu bringen
Beim Verdunsten haben wir die Verdunstungskaumllte
Die Verdampfungswaumlrme des Wassers betraumlgt 2260 kJkg
Vergleiche Tabelle Buch S 22
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Versuch Uhrglas auf Korken mit Wassertropfen stellen In das Uhrglas ein paar Tropfen Aumlther gieszligen und rasch mit Geblaumlse zum Verdunsten bringen
Versuch Wattebausch in Spiritus oder Aumlther eintauchen und um ein Thermometer wickelnErgebnis Es kuumlhlt ab
Ergebnis Es bildet sich eine Eisschicht infolge der Verdunstungskaumllte
Aufgaben 141 bis 146 Buch Seite 22
Kapitel 6 Waumlrmelehre
674 Verfluumlssigung (Kondensation)Uumlbergang Gasfoumlrmig rarr fluumlssig
Dies wird durch Abkuumlhlen erreicht
Versuch Wir bringen in einem Kolben Wasser zum Sieden Den Wasserdampf leiten wir in ein Gefaumlszlig mit kaltem Wasser dessen Masse und Temperatur wir vorher bestimmt haben
Nach einer gewissen Zeit messen wir wieder die Temperatur des Wassers und die Masse
Die Masse hat nur wenig zugenommen die Temperatur verhaumlltnismaumlszligig viel
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Versuchsergebnis 3f Klasse (27 3 2008)m1 = 2724 g = 02724 kgt1 = 209 degCm2 = 2922 g = 02922 kgt2 = 352 degCmD = 00198 kg Masse des Wasserdampfs der kondensiert istΔT = 143 degC
Waumlrmemenge um m1 um ΔT zu erwaumlrmen
Q1 = 4187middot02724middot143 = 163097 J
Waumlrmemenge die der kondensierte Wasserdampf mD beim Abkuumlhlen von 100degC auf 352 degC abgegeben hat
Q2 = 4187middot00198middot648 = 53721 J ist viel weniger
Der groumlszligere Teil stammt von der Kondensationswaumlrme QK = 109376 J
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Destillieren
Als Destillieren bezeichnet man das Verdampfen einer Fluumlssigkeit und das anschlieszligende VerfluumlssigenDiese Methode kann verwendet werden um Fluumlssigkeitsgemische mit verschiedenem Siedepunkt zu trennen bzw zu reinigen
Beispiele Schnaps-Brennen Fraktionierte Destillation des Erdoumlls
Fuumlhre Aufgabe 151 B S 23 aus
Kapitel 6 Waumlrmelehre
675 Die Waumlrmepumpe
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Vorgaumlnge bei der Waumlrmepumpe 1 Verdampfen
Fluumlssiges Kaumlltemittel wird bei niederem Druck verdampft Die Verdampfungs-waumlrme wird der Umgebung entzogen (Grundwasser Fluss Erdreich Luft )
2 Verdichten Der Kompressor saugt das dampffoumlrmige Kaumlltemittel an und verdichtet es Dabei erwaumlrmt es sich bleibt aber dampffoumlrmig
3 Verfluumlssigen Der uumlberhitzte Dampf wird vom Verfluumlssiger abgekuumlhlt Dabei kondensiert das Kaumlltemittel und gibt die Kondensationswaumlrme ab Der Verfluumlssiger wird fuumlr den Heizkreislauf verwendet
4 Entspannen Das Expansionsventil gleicht den Druckunterschied aus Das jetzt wieder fluumlssige Kaumlltemittel gelangt in den Verdampfer zuruumlck
Vorgang 1 bis 4 wiederholt sich rarrKreisprozess
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Versuch
Wir erwaumlrmen 5 kg Wasser
Temperatur Elektrische Energie
vorher 25degC
nachher 50degC
∆T = 25degC 25degC 6394 Wh
Erhaltene Waumlrmeenergie Q = 41875 25 = 523375 J = 14538 Wh
Guumlteziffer Erhaltene Energie hineingesteckte EnergieGuumlteziffer = 145386394= 227
Das heiszligt Wir erhalten doppelt soviel wie wir hineingesteckt haben
Bei heutigen Waumlrmepumpen erzielen wir die Guumlteziffern von 4
Bemerkung Der Kuumlhlschrank ist eine umgekehrt betriebene Waumlrmepumpe
Kapitel 6 Waumlrmelehre
64 Brennstoffe und ihr HeizwertLies B S 12
Fossile Brennstoffe Holz Kohle Heizoumll Erdgas Propangas uswSie sind alle durch die Sonnenstrahlung entstanden (Wachstum der Pflanzen)
Sie geben bei der Verbrennung um so mehr Waumlrme ab je mehr sie Kohlenstoff enthalten
Um die Brennstoffe vergleichen zu koumlnnen wird der Heizwert eingefuumlhrt
Der Heizwert eines Stoffes ist jene Energie die bei der Verbrennung von 1kg dieses Stoffes frei wird
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Stoff Heizwert in kJkg
Holz 15000
Koks 30000
Benzin 42000
Propangas (ca 05 m3) 50000
Heizoumll extra leicht (Diesel) 42000
Der Heizwert eines Stoffes ist jene Energie die bei der Verbrennung von 1kg dieses Stoffes frei wird
Probleme Die Erdoumll- Erdgas und Kohlevorraumlte die bereits vor Millionen von Jahren entstanden sind werden erst seit dem 18 Jahrhundert in groszligen Mengen abgebautWenn der Energieverbrauch auf dem derzeitigen Niveau bleibt werden die Erdoumllreserven noch ca 50 - 100 Jahre reichen
Die fossilen Brennstoffe setzen bei der Verbrennung das Treibhausgas CO2 frei das zu einer Klimaveraumlnderung fuumlhrt
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Die fossilen Brennstoffe setzen bei der Verbrennung das Treibhausgas CO2 frei das zu einer Klimaveraumlnderung fuumlhrt
Energie moumlglichst sparsam einsetzen Alternativenergien mehr foumlrdern
bull Solare Brauchwasserbereitungbull Nutzung der Sonnenenergie zum Heizenbull Waumlrmepumpenbull Isolieren von Gebaumluden
Kapitel 6 Waumlrmelehre
65 HeizsystemeLies Buch S 13
Fruumlher Ofen (Holz Kohle) fuumlr jedes ZimmerHeute meist Warmwasser-Zentralheizung
Wasser wird im Heizkessel erwaumlrmt und mit einer Umwaumllzpumpe in die Heizkoumlrper transportiert (Vorlauf) Das Wasser gibt im Heizkoumlrper seine Waumlrme ab und flieszligt uumlber den Ruumlcklauf in den Heizkessel Die Beheizung des Heizkessels kann mit Holz Kohle Oumll Gas erfolgen Billiger und umweltfreundlicher ist der Betrieb einer Waumlrmepumpe (Anschaffung ist teurer) Mit einem Einsatz von 1 kWh bekommt man 4 kWh an Waumlrmeenergie (34 kommen aus der Umgebung) Heizsystem muss passen (niedere Vorlauftemperatur (max 55degC))
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Alternative Beheizungen
bull Kachelofen (mit Umluft auch fuumlr mehrere Raumlume verwendbar)bull Warmluftkollektoren mit Geroumlllspeicherbull Sonnenkollektoren sind houmlchstens als Vorheizung im Winter
geeignetbull Fuumlr die Bereitung von Warmwasser sind sie fuumlr das
Sommerhalbjahr aber ideal (April - Sept) Man kann damit 60 des Warmwasserbedarfs decken
Hausuumlbung Preise fuumlr Gas Heizoumll und Kohle erfragen Heizkosten fuumlr Einfamilienhaus pro Heizsaison Herausfinden welches Heizsystem zuhause verwendet wird
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Erhebung Heizsysteme
Flaumlche
ieWaumlrmeenerg
Art der Heizung
Verbrauchte Heizmaterialmenge (Liter msup3 kwh)
Heizwert des Heizmaterials
Waumlrmeenergie = Heizwert x Menge
Flaumlcheninhalt der beheizten Flaumlche
bdquoEnergiekennzahlldquo =
Anzahl der Personen
Energieverbrauch pro Person
Art der Warmwasserbereitung (elektr Sonne mit Heizung)
Ist die Warmwasserbereitung in der obigen Heizmaterialmenge enthalten
Kapitel 6 Waumlrmelehre
66 Brandbekaumlmpfung Lies Buch S 14
Voraussetzungen fuumlr Verbrennung
Brennbarer Stoff und Sauerstoff
Ein Maszlig fuumlr die Feuergefaumlhrlichkeit eines Stoffes ist sein Flammpunkt Darunter versteht man jene Temperatur von der an sich das Gemisch aus dem Dampf des brennbaren Stoffes mit der Luft entzuumlnden laumlsst
Flammpunkte Ether -40degCBenzin -20degCDieseloumll 55degC
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Brandbekaumlmpfung
bull Abkuumlhlen der brennbaren Stoffe z B mit Wasser Achtung nicht bei brennenden Fluumlssigkeiten
bull Verhindern der Sauerstoffzufuhr feuchte Decken uumlber den brennenden Koumlrper Feuerloumlscher ist meist mit Kohlendioxid gefuumlllt (verhindert Luftzufuhr)
Feuerwehr 122Rettung 144Gendarmerie 133
Kapitel 6 Waumlrmelehre
67 Zustandsaumlnderungen
Alle Gegenstaumlnde werden als Koumlrper bezeichnet
Sie treten in verschiedenen Zustandsformen auf
Festkoumlrper
Fluumlssigkeiten
Gase
fluumlssig
fest
gasfoumlrmig
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Eiswuumlrfel in die Hand nehmen Er wird allmaumlhlich zu Wasser Dazu ist Waumlrme noumltigZum Sieden ist ebenfalls Waumlrme noumltig
Aggregatzustandsaumlnderungen
Festkoumlrper
Gas
Fluumlssigkeit
Schmelzen
Erstarren
Sublimieren
Resublimieren Verdampfen
Kondensieren
Uumlberlegungen
Die Uumlbergaumlnge sind mit Waumlrmezufuhr bzw mit Waumlrmeabgabe verbunden
Auch Aumlnderungen des Druckes koumlnnen zu Aggregatzustandsaumlnde-rungen fuumlhrenz B Propangas wird in Flaschen unter sehr hohen Druck gesetzt dadurch wird es dort fluumlssig
Kapitel 6 Waumlrmelehre
671 Schmelzen und ErstarrenVersuch
1 Liter Wasser mit 80degC und 1 kg Eis werden zusammengemischt Vgl Abb 111 Seite 17
Ergebnis
Es entstehen 2 kg Wasser mit einer Temperatur von 0degC
Wir berechnen die eingesetzte Waumlrmeenergie
Um Wasser von 0degC auf 80degC zu erwaumlrmen benoumltigen wir 80middot4187 kJ = 33496 kJ
Diese Waumlrme benoumltigen wir fuumlr das Schmelzen von 1kg Eis
Die Schmelzwaumlrme eines Stoffes ist jene Waumlrmeenergie die noumltig ist um 1kg eines Stoffes beim Schmelzpunkt vom festen in den fluumlssigen Zustand zu bringen
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Die Schmelzwaumlrme des Eises betraumlgt 335 kJkg
Diese Waumlrme ist im Vergleich zu anderen Stoffen ziemlich groszlig
Beim Uumlbergang vom fluumlssigen in den festen Zustand wird die Erstarrungswaumlrme freiDie Erstarrungswaumlrme ist gleich groszlig wie die Schmelzwaumlrme
Anwendung Frostbekaumlmpfung Lies B S 17 Abb 112
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Volumsaumlnderungen beim Schmelzen und Erstarren
Versuch1
Paraffin erstarren lassen rarr Es zieht sich zusammen
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Versuch2
Kaumlltemischung mit drei Teilen Eis und einem Teil Kochsalz herstellen Eine Eprouvette mit 10 cm Wassersaumlule langsam hineingeben
rarr Wasser erstarrt und dehnt sich um ca 111 des Volumens aus
Die meisten Stoffe dehnen sich beim Schmelzen aus und ziehen sich beim Erstarren zusammen
Ausnahme Wasser Das Wasser dehnt sich beim Gefrieren
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Bedeutung in der Natur Uumlberlege Aufgaben 111 bis 115 B S 18
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Loumlten und Schweiszligen
Lies Buch Seite 19
Metalle koumlnnen durch Loumlten bzw Schweiszligen miteinander verbunden werden
Kapitel 6 Waumlrmelehre
672 Anomalie des Wassers Die meisten Fluumlssigkeiten beanspruchen bei houmlherer Temperatur ein groumlszligeres Volumen (Sie dehnen sich aus vgl Fluumlssigkeitsthermometer)
degC
degC
4degC
0degC
Bei Wasser zeigt sich zwischen 0degC und 4degC ein anderes Verhalten
Versuch
Hohes Glas mit Wasser und zerkleinertem Eis gefuumlllt Gut mischen
2 Thermometer T1 taucht bis zum Boden ein T2 taucht bis zur schwimmenden Eisschicht ein
Ergebnis T1 zeigt 4degC T2 zeigt 0degC
Folgerung Das Wasser mit der groumlszligeren Dichte sammelt sich unten an
Wasser hat bei 4degC seine groumlszligte Dichte und sein kleinstes Volumen
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Hausuumlbung Abb 132 Seite 20 zeichnen (beide Bilder)Die Anomalie des Wassers hat eine groszlige Bedeutung fuumlr die Wasserlebewesen Wasser gefriert von oben zu Tiefe Gewaumlsser gefrieren nie bis zum Boden
Winter Sommer
Kapitel 6 Waumlrmelehre
673 Verdampfen Sieden Verdunsten
Sieden erfolgt bei einer ganz bestimmten Temperatur
Wh Wie haben wir die Temperatureinheit Grad Celsius festgelegt
Verdunsten erfolgt bei beliebiger Temperatur (Ist ein Vorgang an der Oberflaumlche der Fluumlssigkeit)
Wir haben gelernt Wasser siedet bei Normaldruck (1013 mbar) bei 100degC
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Gibt man Wasser in einen abgeschlossenen Topf und erhitzt es so siedet es erst bei houmlherer Temperatur
Grund Der Druck ist houmlher und erhoumlht damit den Siedepunkt
Anwendung Dampfdruckkochtopf (Schnellkochtopf) (Achtung Sicherheitsventil noumltig)Dort sieden die Speisen erst bei etwa 125 degC Dies hat den Vorteil dass die Speisen schneller gar werden (Lebenswichtige Vitamine und Mineralsalze bleiben erhalten)
Die Siedetemperatur haumlngt vom Druck ab Bei houmlherem Druck wird sie houmlher bei geringerem erniedrigt sie sich
Abhaumlngigkeit der Siedetemperatur vom Druck
Versuch Becherglas mit Wasser von Zimmertemperatur gefuumlllt unter Vakuumpumpe
Ergebnis Wasser siedet bei sehr kleinem Druck bereits bei Zimmertemperatur
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Die Verdampfungswaumlrme
Beim Sieden stellt man fest dass man beim Siedepunkt staumlndig Waumlrme zufuumlhrt ohne dass sich die Temperatur erhoumlht
Diese Waumlrmeenergie wird benoumltigt dass sich der Dampf ausdehnen kann Er benoumltigt ein viel groumlszligeres Volumen als die Fluumlssigkeit
(1 dmsup3 Wasser rarr 1700 dmsup3 Dampf) Zwischen den Dampfmolekuumllen herrschen fast keine Molekularkraumlfte
Die Verdampfungswaumlrme ist jene Waumlrmeenergie die noumltig ist um 1kg einer Fluumlssigkeit beim Siedepunkt in den dampffoumlrmigen Zustand zu bringen
Beim Verdunsten haben wir die Verdunstungskaumllte
Die Verdampfungswaumlrme des Wassers betraumlgt 2260 kJkg
Vergleiche Tabelle Buch S 22
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Versuch Uhrglas auf Korken mit Wassertropfen stellen In das Uhrglas ein paar Tropfen Aumlther gieszligen und rasch mit Geblaumlse zum Verdunsten bringen
Versuch Wattebausch in Spiritus oder Aumlther eintauchen und um ein Thermometer wickelnErgebnis Es kuumlhlt ab
Ergebnis Es bildet sich eine Eisschicht infolge der Verdunstungskaumllte
Aufgaben 141 bis 146 Buch Seite 22
Kapitel 6 Waumlrmelehre
674 Verfluumlssigung (Kondensation)Uumlbergang Gasfoumlrmig rarr fluumlssig
Dies wird durch Abkuumlhlen erreicht
Versuch Wir bringen in einem Kolben Wasser zum Sieden Den Wasserdampf leiten wir in ein Gefaumlszlig mit kaltem Wasser dessen Masse und Temperatur wir vorher bestimmt haben
Nach einer gewissen Zeit messen wir wieder die Temperatur des Wassers und die Masse
Die Masse hat nur wenig zugenommen die Temperatur verhaumlltnismaumlszligig viel
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Versuchsergebnis 3f Klasse (27 3 2008)m1 = 2724 g = 02724 kgt1 = 209 degCm2 = 2922 g = 02922 kgt2 = 352 degCmD = 00198 kg Masse des Wasserdampfs der kondensiert istΔT = 143 degC
Waumlrmemenge um m1 um ΔT zu erwaumlrmen
Q1 = 4187middot02724middot143 = 163097 J
Waumlrmemenge die der kondensierte Wasserdampf mD beim Abkuumlhlen von 100degC auf 352 degC abgegeben hat
Q2 = 4187middot00198middot648 = 53721 J ist viel weniger
Der groumlszligere Teil stammt von der Kondensationswaumlrme QK = 109376 J
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Destillieren
Als Destillieren bezeichnet man das Verdampfen einer Fluumlssigkeit und das anschlieszligende VerfluumlssigenDiese Methode kann verwendet werden um Fluumlssigkeitsgemische mit verschiedenem Siedepunkt zu trennen bzw zu reinigen
Beispiele Schnaps-Brennen Fraktionierte Destillation des Erdoumlls
Fuumlhre Aufgabe 151 B S 23 aus
Kapitel 6 Waumlrmelehre
675 Die Waumlrmepumpe
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Vorgaumlnge bei der Waumlrmepumpe 1 Verdampfen
Fluumlssiges Kaumlltemittel wird bei niederem Druck verdampft Die Verdampfungs-waumlrme wird der Umgebung entzogen (Grundwasser Fluss Erdreich Luft )
2 Verdichten Der Kompressor saugt das dampffoumlrmige Kaumlltemittel an und verdichtet es Dabei erwaumlrmt es sich bleibt aber dampffoumlrmig
3 Verfluumlssigen Der uumlberhitzte Dampf wird vom Verfluumlssiger abgekuumlhlt Dabei kondensiert das Kaumlltemittel und gibt die Kondensationswaumlrme ab Der Verfluumlssiger wird fuumlr den Heizkreislauf verwendet
4 Entspannen Das Expansionsventil gleicht den Druckunterschied aus Das jetzt wieder fluumlssige Kaumlltemittel gelangt in den Verdampfer zuruumlck
Vorgang 1 bis 4 wiederholt sich rarrKreisprozess
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Versuch
Wir erwaumlrmen 5 kg Wasser
Temperatur Elektrische Energie
vorher 25degC
nachher 50degC
∆T = 25degC 25degC 6394 Wh
Erhaltene Waumlrmeenergie Q = 41875 25 = 523375 J = 14538 Wh
Guumlteziffer Erhaltene Energie hineingesteckte EnergieGuumlteziffer = 145386394= 227
Das heiszligt Wir erhalten doppelt soviel wie wir hineingesteckt haben
Bei heutigen Waumlrmepumpen erzielen wir die Guumlteziffern von 4
Bemerkung Der Kuumlhlschrank ist eine umgekehrt betriebene Waumlrmepumpe
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Stoff Heizwert in kJkg
Holz 15000
Koks 30000
Benzin 42000
Propangas (ca 05 m3) 50000
Heizoumll extra leicht (Diesel) 42000
Der Heizwert eines Stoffes ist jene Energie die bei der Verbrennung von 1kg dieses Stoffes frei wird
Probleme Die Erdoumll- Erdgas und Kohlevorraumlte die bereits vor Millionen von Jahren entstanden sind werden erst seit dem 18 Jahrhundert in groszligen Mengen abgebautWenn der Energieverbrauch auf dem derzeitigen Niveau bleibt werden die Erdoumllreserven noch ca 50 - 100 Jahre reichen
Die fossilen Brennstoffe setzen bei der Verbrennung das Treibhausgas CO2 frei das zu einer Klimaveraumlnderung fuumlhrt
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Die fossilen Brennstoffe setzen bei der Verbrennung das Treibhausgas CO2 frei das zu einer Klimaveraumlnderung fuumlhrt
Energie moumlglichst sparsam einsetzen Alternativenergien mehr foumlrdern
bull Solare Brauchwasserbereitungbull Nutzung der Sonnenenergie zum Heizenbull Waumlrmepumpenbull Isolieren von Gebaumluden
Kapitel 6 Waumlrmelehre
65 HeizsystemeLies Buch S 13
Fruumlher Ofen (Holz Kohle) fuumlr jedes ZimmerHeute meist Warmwasser-Zentralheizung
Wasser wird im Heizkessel erwaumlrmt und mit einer Umwaumllzpumpe in die Heizkoumlrper transportiert (Vorlauf) Das Wasser gibt im Heizkoumlrper seine Waumlrme ab und flieszligt uumlber den Ruumlcklauf in den Heizkessel Die Beheizung des Heizkessels kann mit Holz Kohle Oumll Gas erfolgen Billiger und umweltfreundlicher ist der Betrieb einer Waumlrmepumpe (Anschaffung ist teurer) Mit einem Einsatz von 1 kWh bekommt man 4 kWh an Waumlrmeenergie (34 kommen aus der Umgebung) Heizsystem muss passen (niedere Vorlauftemperatur (max 55degC))
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Alternative Beheizungen
bull Kachelofen (mit Umluft auch fuumlr mehrere Raumlume verwendbar)bull Warmluftkollektoren mit Geroumlllspeicherbull Sonnenkollektoren sind houmlchstens als Vorheizung im Winter
geeignetbull Fuumlr die Bereitung von Warmwasser sind sie fuumlr das
Sommerhalbjahr aber ideal (April - Sept) Man kann damit 60 des Warmwasserbedarfs decken
Hausuumlbung Preise fuumlr Gas Heizoumll und Kohle erfragen Heizkosten fuumlr Einfamilienhaus pro Heizsaison Herausfinden welches Heizsystem zuhause verwendet wird
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Erhebung Heizsysteme
Flaumlche
ieWaumlrmeenerg
Art der Heizung
Verbrauchte Heizmaterialmenge (Liter msup3 kwh)
Heizwert des Heizmaterials
Waumlrmeenergie = Heizwert x Menge
Flaumlcheninhalt der beheizten Flaumlche
bdquoEnergiekennzahlldquo =
Anzahl der Personen
Energieverbrauch pro Person
Art der Warmwasserbereitung (elektr Sonne mit Heizung)
Ist die Warmwasserbereitung in der obigen Heizmaterialmenge enthalten
Kapitel 6 Waumlrmelehre
66 Brandbekaumlmpfung Lies Buch S 14
Voraussetzungen fuumlr Verbrennung
Brennbarer Stoff und Sauerstoff
Ein Maszlig fuumlr die Feuergefaumlhrlichkeit eines Stoffes ist sein Flammpunkt Darunter versteht man jene Temperatur von der an sich das Gemisch aus dem Dampf des brennbaren Stoffes mit der Luft entzuumlnden laumlsst
Flammpunkte Ether -40degCBenzin -20degCDieseloumll 55degC
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Brandbekaumlmpfung
bull Abkuumlhlen der brennbaren Stoffe z B mit Wasser Achtung nicht bei brennenden Fluumlssigkeiten
bull Verhindern der Sauerstoffzufuhr feuchte Decken uumlber den brennenden Koumlrper Feuerloumlscher ist meist mit Kohlendioxid gefuumlllt (verhindert Luftzufuhr)
Feuerwehr 122Rettung 144Gendarmerie 133
Kapitel 6 Waumlrmelehre
67 Zustandsaumlnderungen
Alle Gegenstaumlnde werden als Koumlrper bezeichnet
Sie treten in verschiedenen Zustandsformen auf
Festkoumlrper
Fluumlssigkeiten
Gase
fluumlssig
fest
gasfoumlrmig
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Eiswuumlrfel in die Hand nehmen Er wird allmaumlhlich zu Wasser Dazu ist Waumlrme noumltigZum Sieden ist ebenfalls Waumlrme noumltig
Aggregatzustandsaumlnderungen
Festkoumlrper
Gas
Fluumlssigkeit
Schmelzen
Erstarren
Sublimieren
Resublimieren Verdampfen
Kondensieren
Uumlberlegungen
Die Uumlbergaumlnge sind mit Waumlrmezufuhr bzw mit Waumlrmeabgabe verbunden
Auch Aumlnderungen des Druckes koumlnnen zu Aggregatzustandsaumlnde-rungen fuumlhrenz B Propangas wird in Flaschen unter sehr hohen Druck gesetzt dadurch wird es dort fluumlssig
Kapitel 6 Waumlrmelehre
671 Schmelzen und ErstarrenVersuch
1 Liter Wasser mit 80degC und 1 kg Eis werden zusammengemischt Vgl Abb 111 Seite 17
Ergebnis
Es entstehen 2 kg Wasser mit einer Temperatur von 0degC
Wir berechnen die eingesetzte Waumlrmeenergie
Um Wasser von 0degC auf 80degC zu erwaumlrmen benoumltigen wir 80middot4187 kJ = 33496 kJ
Diese Waumlrme benoumltigen wir fuumlr das Schmelzen von 1kg Eis
Die Schmelzwaumlrme eines Stoffes ist jene Waumlrmeenergie die noumltig ist um 1kg eines Stoffes beim Schmelzpunkt vom festen in den fluumlssigen Zustand zu bringen
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Die Schmelzwaumlrme des Eises betraumlgt 335 kJkg
Diese Waumlrme ist im Vergleich zu anderen Stoffen ziemlich groszlig
Beim Uumlbergang vom fluumlssigen in den festen Zustand wird die Erstarrungswaumlrme freiDie Erstarrungswaumlrme ist gleich groszlig wie die Schmelzwaumlrme
Anwendung Frostbekaumlmpfung Lies B S 17 Abb 112
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Volumsaumlnderungen beim Schmelzen und Erstarren
Versuch1
Paraffin erstarren lassen rarr Es zieht sich zusammen
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Versuch2
Kaumlltemischung mit drei Teilen Eis und einem Teil Kochsalz herstellen Eine Eprouvette mit 10 cm Wassersaumlule langsam hineingeben
rarr Wasser erstarrt und dehnt sich um ca 111 des Volumens aus
Die meisten Stoffe dehnen sich beim Schmelzen aus und ziehen sich beim Erstarren zusammen
Ausnahme Wasser Das Wasser dehnt sich beim Gefrieren
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Bedeutung in der Natur Uumlberlege Aufgaben 111 bis 115 B S 18
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Loumlten und Schweiszligen
Lies Buch Seite 19
Metalle koumlnnen durch Loumlten bzw Schweiszligen miteinander verbunden werden
Kapitel 6 Waumlrmelehre
672 Anomalie des Wassers Die meisten Fluumlssigkeiten beanspruchen bei houmlherer Temperatur ein groumlszligeres Volumen (Sie dehnen sich aus vgl Fluumlssigkeitsthermometer)
degC
degC
4degC
0degC
Bei Wasser zeigt sich zwischen 0degC und 4degC ein anderes Verhalten
Versuch
Hohes Glas mit Wasser und zerkleinertem Eis gefuumlllt Gut mischen
2 Thermometer T1 taucht bis zum Boden ein T2 taucht bis zur schwimmenden Eisschicht ein
Ergebnis T1 zeigt 4degC T2 zeigt 0degC
Folgerung Das Wasser mit der groumlszligeren Dichte sammelt sich unten an
Wasser hat bei 4degC seine groumlszligte Dichte und sein kleinstes Volumen
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Hausuumlbung Abb 132 Seite 20 zeichnen (beide Bilder)Die Anomalie des Wassers hat eine groszlige Bedeutung fuumlr die Wasserlebewesen Wasser gefriert von oben zu Tiefe Gewaumlsser gefrieren nie bis zum Boden
Winter Sommer
Kapitel 6 Waumlrmelehre
673 Verdampfen Sieden Verdunsten
Sieden erfolgt bei einer ganz bestimmten Temperatur
Wh Wie haben wir die Temperatureinheit Grad Celsius festgelegt
Verdunsten erfolgt bei beliebiger Temperatur (Ist ein Vorgang an der Oberflaumlche der Fluumlssigkeit)
Wir haben gelernt Wasser siedet bei Normaldruck (1013 mbar) bei 100degC
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Gibt man Wasser in einen abgeschlossenen Topf und erhitzt es so siedet es erst bei houmlherer Temperatur
Grund Der Druck ist houmlher und erhoumlht damit den Siedepunkt
Anwendung Dampfdruckkochtopf (Schnellkochtopf) (Achtung Sicherheitsventil noumltig)Dort sieden die Speisen erst bei etwa 125 degC Dies hat den Vorteil dass die Speisen schneller gar werden (Lebenswichtige Vitamine und Mineralsalze bleiben erhalten)
Die Siedetemperatur haumlngt vom Druck ab Bei houmlherem Druck wird sie houmlher bei geringerem erniedrigt sie sich
Abhaumlngigkeit der Siedetemperatur vom Druck
Versuch Becherglas mit Wasser von Zimmertemperatur gefuumlllt unter Vakuumpumpe
Ergebnis Wasser siedet bei sehr kleinem Druck bereits bei Zimmertemperatur
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Die Verdampfungswaumlrme
Beim Sieden stellt man fest dass man beim Siedepunkt staumlndig Waumlrme zufuumlhrt ohne dass sich die Temperatur erhoumlht
Diese Waumlrmeenergie wird benoumltigt dass sich der Dampf ausdehnen kann Er benoumltigt ein viel groumlszligeres Volumen als die Fluumlssigkeit
(1 dmsup3 Wasser rarr 1700 dmsup3 Dampf) Zwischen den Dampfmolekuumllen herrschen fast keine Molekularkraumlfte
Die Verdampfungswaumlrme ist jene Waumlrmeenergie die noumltig ist um 1kg einer Fluumlssigkeit beim Siedepunkt in den dampffoumlrmigen Zustand zu bringen
Beim Verdunsten haben wir die Verdunstungskaumllte
Die Verdampfungswaumlrme des Wassers betraumlgt 2260 kJkg
Vergleiche Tabelle Buch S 22
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Versuch Uhrglas auf Korken mit Wassertropfen stellen In das Uhrglas ein paar Tropfen Aumlther gieszligen und rasch mit Geblaumlse zum Verdunsten bringen
Versuch Wattebausch in Spiritus oder Aumlther eintauchen und um ein Thermometer wickelnErgebnis Es kuumlhlt ab
Ergebnis Es bildet sich eine Eisschicht infolge der Verdunstungskaumllte
Aufgaben 141 bis 146 Buch Seite 22
Kapitel 6 Waumlrmelehre
674 Verfluumlssigung (Kondensation)Uumlbergang Gasfoumlrmig rarr fluumlssig
Dies wird durch Abkuumlhlen erreicht
Versuch Wir bringen in einem Kolben Wasser zum Sieden Den Wasserdampf leiten wir in ein Gefaumlszlig mit kaltem Wasser dessen Masse und Temperatur wir vorher bestimmt haben
Nach einer gewissen Zeit messen wir wieder die Temperatur des Wassers und die Masse
Die Masse hat nur wenig zugenommen die Temperatur verhaumlltnismaumlszligig viel
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Versuchsergebnis 3f Klasse (27 3 2008)m1 = 2724 g = 02724 kgt1 = 209 degCm2 = 2922 g = 02922 kgt2 = 352 degCmD = 00198 kg Masse des Wasserdampfs der kondensiert istΔT = 143 degC
Waumlrmemenge um m1 um ΔT zu erwaumlrmen
Q1 = 4187middot02724middot143 = 163097 J
Waumlrmemenge die der kondensierte Wasserdampf mD beim Abkuumlhlen von 100degC auf 352 degC abgegeben hat
Q2 = 4187middot00198middot648 = 53721 J ist viel weniger
Der groumlszligere Teil stammt von der Kondensationswaumlrme QK = 109376 J
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Destillieren
Als Destillieren bezeichnet man das Verdampfen einer Fluumlssigkeit und das anschlieszligende VerfluumlssigenDiese Methode kann verwendet werden um Fluumlssigkeitsgemische mit verschiedenem Siedepunkt zu trennen bzw zu reinigen
Beispiele Schnaps-Brennen Fraktionierte Destillation des Erdoumlls
Fuumlhre Aufgabe 151 B S 23 aus
Kapitel 6 Waumlrmelehre
675 Die Waumlrmepumpe
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Vorgaumlnge bei der Waumlrmepumpe 1 Verdampfen
Fluumlssiges Kaumlltemittel wird bei niederem Druck verdampft Die Verdampfungs-waumlrme wird der Umgebung entzogen (Grundwasser Fluss Erdreich Luft )
2 Verdichten Der Kompressor saugt das dampffoumlrmige Kaumlltemittel an und verdichtet es Dabei erwaumlrmt es sich bleibt aber dampffoumlrmig
3 Verfluumlssigen Der uumlberhitzte Dampf wird vom Verfluumlssiger abgekuumlhlt Dabei kondensiert das Kaumlltemittel und gibt die Kondensationswaumlrme ab Der Verfluumlssiger wird fuumlr den Heizkreislauf verwendet
4 Entspannen Das Expansionsventil gleicht den Druckunterschied aus Das jetzt wieder fluumlssige Kaumlltemittel gelangt in den Verdampfer zuruumlck
Vorgang 1 bis 4 wiederholt sich rarrKreisprozess
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Versuch
Wir erwaumlrmen 5 kg Wasser
Temperatur Elektrische Energie
vorher 25degC
nachher 50degC
∆T = 25degC 25degC 6394 Wh
Erhaltene Waumlrmeenergie Q = 41875 25 = 523375 J = 14538 Wh
Guumlteziffer Erhaltene Energie hineingesteckte EnergieGuumlteziffer = 145386394= 227
Das heiszligt Wir erhalten doppelt soviel wie wir hineingesteckt haben
Bei heutigen Waumlrmepumpen erzielen wir die Guumlteziffern von 4
Bemerkung Der Kuumlhlschrank ist eine umgekehrt betriebene Waumlrmepumpe
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Die fossilen Brennstoffe setzen bei der Verbrennung das Treibhausgas CO2 frei das zu einer Klimaveraumlnderung fuumlhrt
Energie moumlglichst sparsam einsetzen Alternativenergien mehr foumlrdern
bull Solare Brauchwasserbereitungbull Nutzung der Sonnenenergie zum Heizenbull Waumlrmepumpenbull Isolieren von Gebaumluden
Kapitel 6 Waumlrmelehre
65 HeizsystemeLies Buch S 13
Fruumlher Ofen (Holz Kohle) fuumlr jedes ZimmerHeute meist Warmwasser-Zentralheizung
Wasser wird im Heizkessel erwaumlrmt und mit einer Umwaumllzpumpe in die Heizkoumlrper transportiert (Vorlauf) Das Wasser gibt im Heizkoumlrper seine Waumlrme ab und flieszligt uumlber den Ruumlcklauf in den Heizkessel Die Beheizung des Heizkessels kann mit Holz Kohle Oumll Gas erfolgen Billiger und umweltfreundlicher ist der Betrieb einer Waumlrmepumpe (Anschaffung ist teurer) Mit einem Einsatz von 1 kWh bekommt man 4 kWh an Waumlrmeenergie (34 kommen aus der Umgebung) Heizsystem muss passen (niedere Vorlauftemperatur (max 55degC))
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Alternative Beheizungen
bull Kachelofen (mit Umluft auch fuumlr mehrere Raumlume verwendbar)bull Warmluftkollektoren mit Geroumlllspeicherbull Sonnenkollektoren sind houmlchstens als Vorheizung im Winter
geeignetbull Fuumlr die Bereitung von Warmwasser sind sie fuumlr das
Sommerhalbjahr aber ideal (April - Sept) Man kann damit 60 des Warmwasserbedarfs decken
Hausuumlbung Preise fuumlr Gas Heizoumll und Kohle erfragen Heizkosten fuumlr Einfamilienhaus pro Heizsaison Herausfinden welches Heizsystem zuhause verwendet wird
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Erhebung Heizsysteme
Flaumlche
ieWaumlrmeenerg
Art der Heizung
Verbrauchte Heizmaterialmenge (Liter msup3 kwh)
Heizwert des Heizmaterials
Waumlrmeenergie = Heizwert x Menge
Flaumlcheninhalt der beheizten Flaumlche
bdquoEnergiekennzahlldquo =
Anzahl der Personen
Energieverbrauch pro Person
Art der Warmwasserbereitung (elektr Sonne mit Heizung)
Ist die Warmwasserbereitung in der obigen Heizmaterialmenge enthalten
Kapitel 6 Waumlrmelehre
66 Brandbekaumlmpfung Lies Buch S 14
Voraussetzungen fuumlr Verbrennung
Brennbarer Stoff und Sauerstoff
Ein Maszlig fuumlr die Feuergefaumlhrlichkeit eines Stoffes ist sein Flammpunkt Darunter versteht man jene Temperatur von der an sich das Gemisch aus dem Dampf des brennbaren Stoffes mit der Luft entzuumlnden laumlsst
Flammpunkte Ether -40degCBenzin -20degCDieseloumll 55degC
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Brandbekaumlmpfung
bull Abkuumlhlen der brennbaren Stoffe z B mit Wasser Achtung nicht bei brennenden Fluumlssigkeiten
bull Verhindern der Sauerstoffzufuhr feuchte Decken uumlber den brennenden Koumlrper Feuerloumlscher ist meist mit Kohlendioxid gefuumlllt (verhindert Luftzufuhr)
Feuerwehr 122Rettung 144Gendarmerie 133
Kapitel 6 Waumlrmelehre
67 Zustandsaumlnderungen
Alle Gegenstaumlnde werden als Koumlrper bezeichnet
Sie treten in verschiedenen Zustandsformen auf
Festkoumlrper
Fluumlssigkeiten
Gase
fluumlssig
fest
gasfoumlrmig
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Eiswuumlrfel in die Hand nehmen Er wird allmaumlhlich zu Wasser Dazu ist Waumlrme noumltigZum Sieden ist ebenfalls Waumlrme noumltig
Aggregatzustandsaumlnderungen
Festkoumlrper
Gas
Fluumlssigkeit
Schmelzen
Erstarren
Sublimieren
Resublimieren Verdampfen
Kondensieren
Uumlberlegungen
Die Uumlbergaumlnge sind mit Waumlrmezufuhr bzw mit Waumlrmeabgabe verbunden
Auch Aumlnderungen des Druckes koumlnnen zu Aggregatzustandsaumlnde-rungen fuumlhrenz B Propangas wird in Flaschen unter sehr hohen Druck gesetzt dadurch wird es dort fluumlssig
Kapitel 6 Waumlrmelehre
671 Schmelzen und ErstarrenVersuch
1 Liter Wasser mit 80degC und 1 kg Eis werden zusammengemischt Vgl Abb 111 Seite 17
Ergebnis
Es entstehen 2 kg Wasser mit einer Temperatur von 0degC
Wir berechnen die eingesetzte Waumlrmeenergie
Um Wasser von 0degC auf 80degC zu erwaumlrmen benoumltigen wir 80middot4187 kJ = 33496 kJ
Diese Waumlrme benoumltigen wir fuumlr das Schmelzen von 1kg Eis
Die Schmelzwaumlrme eines Stoffes ist jene Waumlrmeenergie die noumltig ist um 1kg eines Stoffes beim Schmelzpunkt vom festen in den fluumlssigen Zustand zu bringen
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Die Schmelzwaumlrme des Eises betraumlgt 335 kJkg
Diese Waumlrme ist im Vergleich zu anderen Stoffen ziemlich groszlig
Beim Uumlbergang vom fluumlssigen in den festen Zustand wird die Erstarrungswaumlrme freiDie Erstarrungswaumlrme ist gleich groszlig wie die Schmelzwaumlrme
Anwendung Frostbekaumlmpfung Lies B S 17 Abb 112
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Volumsaumlnderungen beim Schmelzen und Erstarren
Versuch1
Paraffin erstarren lassen rarr Es zieht sich zusammen
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Versuch2
Kaumlltemischung mit drei Teilen Eis und einem Teil Kochsalz herstellen Eine Eprouvette mit 10 cm Wassersaumlule langsam hineingeben
rarr Wasser erstarrt und dehnt sich um ca 111 des Volumens aus
Die meisten Stoffe dehnen sich beim Schmelzen aus und ziehen sich beim Erstarren zusammen
Ausnahme Wasser Das Wasser dehnt sich beim Gefrieren
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Bedeutung in der Natur Uumlberlege Aufgaben 111 bis 115 B S 18
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Loumlten und Schweiszligen
Lies Buch Seite 19
Metalle koumlnnen durch Loumlten bzw Schweiszligen miteinander verbunden werden
Kapitel 6 Waumlrmelehre
672 Anomalie des Wassers Die meisten Fluumlssigkeiten beanspruchen bei houmlherer Temperatur ein groumlszligeres Volumen (Sie dehnen sich aus vgl Fluumlssigkeitsthermometer)
degC
degC
4degC
0degC
Bei Wasser zeigt sich zwischen 0degC und 4degC ein anderes Verhalten
Versuch
Hohes Glas mit Wasser und zerkleinertem Eis gefuumlllt Gut mischen
2 Thermometer T1 taucht bis zum Boden ein T2 taucht bis zur schwimmenden Eisschicht ein
Ergebnis T1 zeigt 4degC T2 zeigt 0degC
Folgerung Das Wasser mit der groumlszligeren Dichte sammelt sich unten an
Wasser hat bei 4degC seine groumlszligte Dichte und sein kleinstes Volumen
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Hausuumlbung Abb 132 Seite 20 zeichnen (beide Bilder)Die Anomalie des Wassers hat eine groszlige Bedeutung fuumlr die Wasserlebewesen Wasser gefriert von oben zu Tiefe Gewaumlsser gefrieren nie bis zum Boden
Winter Sommer
Kapitel 6 Waumlrmelehre
673 Verdampfen Sieden Verdunsten
Sieden erfolgt bei einer ganz bestimmten Temperatur
Wh Wie haben wir die Temperatureinheit Grad Celsius festgelegt
Verdunsten erfolgt bei beliebiger Temperatur (Ist ein Vorgang an der Oberflaumlche der Fluumlssigkeit)
Wir haben gelernt Wasser siedet bei Normaldruck (1013 mbar) bei 100degC
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Gibt man Wasser in einen abgeschlossenen Topf und erhitzt es so siedet es erst bei houmlherer Temperatur
Grund Der Druck ist houmlher und erhoumlht damit den Siedepunkt
Anwendung Dampfdruckkochtopf (Schnellkochtopf) (Achtung Sicherheitsventil noumltig)Dort sieden die Speisen erst bei etwa 125 degC Dies hat den Vorteil dass die Speisen schneller gar werden (Lebenswichtige Vitamine und Mineralsalze bleiben erhalten)
Die Siedetemperatur haumlngt vom Druck ab Bei houmlherem Druck wird sie houmlher bei geringerem erniedrigt sie sich
Abhaumlngigkeit der Siedetemperatur vom Druck
Versuch Becherglas mit Wasser von Zimmertemperatur gefuumlllt unter Vakuumpumpe
Ergebnis Wasser siedet bei sehr kleinem Druck bereits bei Zimmertemperatur
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Die Verdampfungswaumlrme
Beim Sieden stellt man fest dass man beim Siedepunkt staumlndig Waumlrme zufuumlhrt ohne dass sich die Temperatur erhoumlht
Diese Waumlrmeenergie wird benoumltigt dass sich der Dampf ausdehnen kann Er benoumltigt ein viel groumlszligeres Volumen als die Fluumlssigkeit
(1 dmsup3 Wasser rarr 1700 dmsup3 Dampf) Zwischen den Dampfmolekuumllen herrschen fast keine Molekularkraumlfte
Die Verdampfungswaumlrme ist jene Waumlrmeenergie die noumltig ist um 1kg einer Fluumlssigkeit beim Siedepunkt in den dampffoumlrmigen Zustand zu bringen
Beim Verdunsten haben wir die Verdunstungskaumllte
Die Verdampfungswaumlrme des Wassers betraumlgt 2260 kJkg
Vergleiche Tabelle Buch S 22
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Versuch Uhrglas auf Korken mit Wassertropfen stellen In das Uhrglas ein paar Tropfen Aumlther gieszligen und rasch mit Geblaumlse zum Verdunsten bringen
Versuch Wattebausch in Spiritus oder Aumlther eintauchen und um ein Thermometer wickelnErgebnis Es kuumlhlt ab
Ergebnis Es bildet sich eine Eisschicht infolge der Verdunstungskaumllte
Aufgaben 141 bis 146 Buch Seite 22
Kapitel 6 Waumlrmelehre
674 Verfluumlssigung (Kondensation)Uumlbergang Gasfoumlrmig rarr fluumlssig
Dies wird durch Abkuumlhlen erreicht
Versuch Wir bringen in einem Kolben Wasser zum Sieden Den Wasserdampf leiten wir in ein Gefaumlszlig mit kaltem Wasser dessen Masse und Temperatur wir vorher bestimmt haben
Nach einer gewissen Zeit messen wir wieder die Temperatur des Wassers und die Masse
Die Masse hat nur wenig zugenommen die Temperatur verhaumlltnismaumlszligig viel
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Versuchsergebnis 3f Klasse (27 3 2008)m1 = 2724 g = 02724 kgt1 = 209 degCm2 = 2922 g = 02922 kgt2 = 352 degCmD = 00198 kg Masse des Wasserdampfs der kondensiert istΔT = 143 degC
Waumlrmemenge um m1 um ΔT zu erwaumlrmen
Q1 = 4187middot02724middot143 = 163097 J
Waumlrmemenge die der kondensierte Wasserdampf mD beim Abkuumlhlen von 100degC auf 352 degC abgegeben hat
Q2 = 4187middot00198middot648 = 53721 J ist viel weniger
Der groumlszligere Teil stammt von der Kondensationswaumlrme QK = 109376 J
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Destillieren
Als Destillieren bezeichnet man das Verdampfen einer Fluumlssigkeit und das anschlieszligende VerfluumlssigenDiese Methode kann verwendet werden um Fluumlssigkeitsgemische mit verschiedenem Siedepunkt zu trennen bzw zu reinigen
Beispiele Schnaps-Brennen Fraktionierte Destillation des Erdoumlls
Fuumlhre Aufgabe 151 B S 23 aus
Kapitel 6 Waumlrmelehre
675 Die Waumlrmepumpe
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Vorgaumlnge bei der Waumlrmepumpe 1 Verdampfen
Fluumlssiges Kaumlltemittel wird bei niederem Druck verdampft Die Verdampfungs-waumlrme wird der Umgebung entzogen (Grundwasser Fluss Erdreich Luft )
2 Verdichten Der Kompressor saugt das dampffoumlrmige Kaumlltemittel an und verdichtet es Dabei erwaumlrmt es sich bleibt aber dampffoumlrmig
3 Verfluumlssigen Der uumlberhitzte Dampf wird vom Verfluumlssiger abgekuumlhlt Dabei kondensiert das Kaumlltemittel und gibt die Kondensationswaumlrme ab Der Verfluumlssiger wird fuumlr den Heizkreislauf verwendet
4 Entspannen Das Expansionsventil gleicht den Druckunterschied aus Das jetzt wieder fluumlssige Kaumlltemittel gelangt in den Verdampfer zuruumlck
Vorgang 1 bis 4 wiederholt sich rarrKreisprozess
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Versuch
Wir erwaumlrmen 5 kg Wasser
Temperatur Elektrische Energie
vorher 25degC
nachher 50degC
∆T = 25degC 25degC 6394 Wh
Erhaltene Waumlrmeenergie Q = 41875 25 = 523375 J = 14538 Wh
Guumlteziffer Erhaltene Energie hineingesteckte EnergieGuumlteziffer = 145386394= 227
Das heiszligt Wir erhalten doppelt soviel wie wir hineingesteckt haben
Bei heutigen Waumlrmepumpen erzielen wir die Guumlteziffern von 4
Bemerkung Der Kuumlhlschrank ist eine umgekehrt betriebene Waumlrmepumpe
Kapitel 6 Waumlrmelehre
65 HeizsystemeLies Buch S 13
Fruumlher Ofen (Holz Kohle) fuumlr jedes ZimmerHeute meist Warmwasser-Zentralheizung
Wasser wird im Heizkessel erwaumlrmt und mit einer Umwaumllzpumpe in die Heizkoumlrper transportiert (Vorlauf) Das Wasser gibt im Heizkoumlrper seine Waumlrme ab und flieszligt uumlber den Ruumlcklauf in den Heizkessel Die Beheizung des Heizkessels kann mit Holz Kohle Oumll Gas erfolgen Billiger und umweltfreundlicher ist der Betrieb einer Waumlrmepumpe (Anschaffung ist teurer) Mit einem Einsatz von 1 kWh bekommt man 4 kWh an Waumlrmeenergie (34 kommen aus der Umgebung) Heizsystem muss passen (niedere Vorlauftemperatur (max 55degC))
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Alternative Beheizungen
bull Kachelofen (mit Umluft auch fuumlr mehrere Raumlume verwendbar)bull Warmluftkollektoren mit Geroumlllspeicherbull Sonnenkollektoren sind houmlchstens als Vorheizung im Winter
geeignetbull Fuumlr die Bereitung von Warmwasser sind sie fuumlr das
Sommerhalbjahr aber ideal (April - Sept) Man kann damit 60 des Warmwasserbedarfs decken
Hausuumlbung Preise fuumlr Gas Heizoumll und Kohle erfragen Heizkosten fuumlr Einfamilienhaus pro Heizsaison Herausfinden welches Heizsystem zuhause verwendet wird
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Erhebung Heizsysteme
Flaumlche
ieWaumlrmeenerg
Art der Heizung
Verbrauchte Heizmaterialmenge (Liter msup3 kwh)
Heizwert des Heizmaterials
Waumlrmeenergie = Heizwert x Menge
Flaumlcheninhalt der beheizten Flaumlche
bdquoEnergiekennzahlldquo =
Anzahl der Personen
Energieverbrauch pro Person
Art der Warmwasserbereitung (elektr Sonne mit Heizung)
Ist die Warmwasserbereitung in der obigen Heizmaterialmenge enthalten
Kapitel 6 Waumlrmelehre
66 Brandbekaumlmpfung Lies Buch S 14
Voraussetzungen fuumlr Verbrennung
Brennbarer Stoff und Sauerstoff
Ein Maszlig fuumlr die Feuergefaumlhrlichkeit eines Stoffes ist sein Flammpunkt Darunter versteht man jene Temperatur von der an sich das Gemisch aus dem Dampf des brennbaren Stoffes mit der Luft entzuumlnden laumlsst
Flammpunkte Ether -40degCBenzin -20degCDieseloumll 55degC
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Brandbekaumlmpfung
bull Abkuumlhlen der brennbaren Stoffe z B mit Wasser Achtung nicht bei brennenden Fluumlssigkeiten
bull Verhindern der Sauerstoffzufuhr feuchte Decken uumlber den brennenden Koumlrper Feuerloumlscher ist meist mit Kohlendioxid gefuumlllt (verhindert Luftzufuhr)
Feuerwehr 122Rettung 144Gendarmerie 133
Kapitel 6 Waumlrmelehre
67 Zustandsaumlnderungen
Alle Gegenstaumlnde werden als Koumlrper bezeichnet
Sie treten in verschiedenen Zustandsformen auf
Festkoumlrper
Fluumlssigkeiten
Gase
fluumlssig
fest
gasfoumlrmig
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Eiswuumlrfel in die Hand nehmen Er wird allmaumlhlich zu Wasser Dazu ist Waumlrme noumltigZum Sieden ist ebenfalls Waumlrme noumltig
Aggregatzustandsaumlnderungen
Festkoumlrper
Gas
Fluumlssigkeit
Schmelzen
Erstarren
Sublimieren
Resublimieren Verdampfen
Kondensieren
Uumlberlegungen
Die Uumlbergaumlnge sind mit Waumlrmezufuhr bzw mit Waumlrmeabgabe verbunden
Auch Aumlnderungen des Druckes koumlnnen zu Aggregatzustandsaumlnde-rungen fuumlhrenz B Propangas wird in Flaschen unter sehr hohen Druck gesetzt dadurch wird es dort fluumlssig
Kapitel 6 Waumlrmelehre
671 Schmelzen und ErstarrenVersuch
1 Liter Wasser mit 80degC und 1 kg Eis werden zusammengemischt Vgl Abb 111 Seite 17
Ergebnis
Es entstehen 2 kg Wasser mit einer Temperatur von 0degC
Wir berechnen die eingesetzte Waumlrmeenergie
Um Wasser von 0degC auf 80degC zu erwaumlrmen benoumltigen wir 80middot4187 kJ = 33496 kJ
Diese Waumlrme benoumltigen wir fuumlr das Schmelzen von 1kg Eis
Die Schmelzwaumlrme eines Stoffes ist jene Waumlrmeenergie die noumltig ist um 1kg eines Stoffes beim Schmelzpunkt vom festen in den fluumlssigen Zustand zu bringen
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Die Schmelzwaumlrme des Eises betraumlgt 335 kJkg
Diese Waumlrme ist im Vergleich zu anderen Stoffen ziemlich groszlig
Beim Uumlbergang vom fluumlssigen in den festen Zustand wird die Erstarrungswaumlrme freiDie Erstarrungswaumlrme ist gleich groszlig wie die Schmelzwaumlrme
Anwendung Frostbekaumlmpfung Lies B S 17 Abb 112
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Volumsaumlnderungen beim Schmelzen und Erstarren
Versuch1
Paraffin erstarren lassen rarr Es zieht sich zusammen
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Versuch2
Kaumlltemischung mit drei Teilen Eis und einem Teil Kochsalz herstellen Eine Eprouvette mit 10 cm Wassersaumlule langsam hineingeben
rarr Wasser erstarrt und dehnt sich um ca 111 des Volumens aus
Die meisten Stoffe dehnen sich beim Schmelzen aus und ziehen sich beim Erstarren zusammen
Ausnahme Wasser Das Wasser dehnt sich beim Gefrieren
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Bedeutung in der Natur Uumlberlege Aufgaben 111 bis 115 B S 18
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Loumlten und Schweiszligen
Lies Buch Seite 19
Metalle koumlnnen durch Loumlten bzw Schweiszligen miteinander verbunden werden
Kapitel 6 Waumlrmelehre
672 Anomalie des Wassers Die meisten Fluumlssigkeiten beanspruchen bei houmlherer Temperatur ein groumlszligeres Volumen (Sie dehnen sich aus vgl Fluumlssigkeitsthermometer)
degC
degC
4degC
0degC
Bei Wasser zeigt sich zwischen 0degC und 4degC ein anderes Verhalten
Versuch
Hohes Glas mit Wasser und zerkleinertem Eis gefuumlllt Gut mischen
2 Thermometer T1 taucht bis zum Boden ein T2 taucht bis zur schwimmenden Eisschicht ein
Ergebnis T1 zeigt 4degC T2 zeigt 0degC
Folgerung Das Wasser mit der groumlszligeren Dichte sammelt sich unten an
Wasser hat bei 4degC seine groumlszligte Dichte und sein kleinstes Volumen
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Hausuumlbung Abb 132 Seite 20 zeichnen (beide Bilder)Die Anomalie des Wassers hat eine groszlige Bedeutung fuumlr die Wasserlebewesen Wasser gefriert von oben zu Tiefe Gewaumlsser gefrieren nie bis zum Boden
Winter Sommer
Kapitel 6 Waumlrmelehre
673 Verdampfen Sieden Verdunsten
Sieden erfolgt bei einer ganz bestimmten Temperatur
Wh Wie haben wir die Temperatureinheit Grad Celsius festgelegt
Verdunsten erfolgt bei beliebiger Temperatur (Ist ein Vorgang an der Oberflaumlche der Fluumlssigkeit)
Wir haben gelernt Wasser siedet bei Normaldruck (1013 mbar) bei 100degC
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Gibt man Wasser in einen abgeschlossenen Topf und erhitzt es so siedet es erst bei houmlherer Temperatur
Grund Der Druck ist houmlher und erhoumlht damit den Siedepunkt
Anwendung Dampfdruckkochtopf (Schnellkochtopf) (Achtung Sicherheitsventil noumltig)Dort sieden die Speisen erst bei etwa 125 degC Dies hat den Vorteil dass die Speisen schneller gar werden (Lebenswichtige Vitamine und Mineralsalze bleiben erhalten)
Die Siedetemperatur haumlngt vom Druck ab Bei houmlherem Druck wird sie houmlher bei geringerem erniedrigt sie sich
Abhaumlngigkeit der Siedetemperatur vom Druck
Versuch Becherglas mit Wasser von Zimmertemperatur gefuumlllt unter Vakuumpumpe
Ergebnis Wasser siedet bei sehr kleinem Druck bereits bei Zimmertemperatur
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Die Verdampfungswaumlrme
Beim Sieden stellt man fest dass man beim Siedepunkt staumlndig Waumlrme zufuumlhrt ohne dass sich die Temperatur erhoumlht
Diese Waumlrmeenergie wird benoumltigt dass sich der Dampf ausdehnen kann Er benoumltigt ein viel groumlszligeres Volumen als die Fluumlssigkeit
(1 dmsup3 Wasser rarr 1700 dmsup3 Dampf) Zwischen den Dampfmolekuumllen herrschen fast keine Molekularkraumlfte
Die Verdampfungswaumlrme ist jene Waumlrmeenergie die noumltig ist um 1kg einer Fluumlssigkeit beim Siedepunkt in den dampffoumlrmigen Zustand zu bringen
Beim Verdunsten haben wir die Verdunstungskaumllte
Die Verdampfungswaumlrme des Wassers betraumlgt 2260 kJkg
Vergleiche Tabelle Buch S 22
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Versuch Uhrglas auf Korken mit Wassertropfen stellen In das Uhrglas ein paar Tropfen Aumlther gieszligen und rasch mit Geblaumlse zum Verdunsten bringen
Versuch Wattebausch in Spiritus oder Aumlther eintauchen und um ein Thermometer wickelnErgebnis Es kuumlhlt ab
Ergebnis Es bildet sich eine Eisschicht infolge der Verdunstungskaumllte
Aufgaben 141 bis 146 Buch Seite 22
Kapitel 6 Waumlrmelehre
674 Verfluumlssigung (Kondensation)Uumlbergang Gasfoumlrmig rarr fluumlssig
Dies wird durch Abkuumlhlen erreicht
Versuch Wir bringen in einem Kolben Wasser zum Sieden Den Wasserdampf leiten wir in ein Gefaumlszlig mit kaltem Wasser dessen Masse und Temperatur wir vorher bestimmt haben
Nach einer gewissen Zeit messen wir wieder die Temperatur des Wassers und die Masse
Die Masse hat nur wenig zugenommen die Temperatur verhaumlltnismaumlszligig viel
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Versuchsergebnis 3f Klasse (27 3 2008)m1 = 2724 g = 02724 kgt1 = 209 degCm2 = 2922 g = 02922 kgt2 = 352 degCmD = 00198 kg Masse des Wasserdampfs der kondensiert istΔT = 143 degC
Waumlrmemenge um m1 um ΔT zu erwaumlrmen
Q1 = 4187middot02724middot143 = 163097 J
Waumlrmemenge die der kondensierte Wasserdampf mD beim Abkuumlhlen von 100degC auf 352 degC abgegeben hat
Q2 = 4187middot00198middot648 = 53721 J ist viel weniger
Der groumlszligere Teil stammt von der Kondensationswaumlrme QK = 109376 J
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Destillieren
Als Destillieren bezeichnet man das Verdampfen einer Fluumlssigkeit und das anschlieszligende VerfluumlssigenDiese Methode kann verwendet werden um Fluumlssigkeitsgemische mit verschiedenem Siedepunkt zu trennen bzw zu reinigen
Beispiele Schnaps-Brennen Fraktionierte Destillation des Erdoumlls
Fuumlhre Aufgabe 151 B S 23 aus
Kapitel 6 Waumlrmelehre
675 Die Waumlrmepumpe
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Vorgaumlnge bei der Waumlrmepumpe 1 Verdampfen
Fluumlssiges Kaumlltemittel wird bei niederem Druck verdampft Die Verdampfungs-waumlrme wird der Umgebung entzogen (Grundwasser Fluss Erdreich Luft )
2 Verdichten Der Kompressor saugt das dampffoumlrmige Kaumlltemittel an und verdichtet es Dabei erwaumlrmt es sich bleibt aber dampffoumlrmig
3 Verfluumlssigen Der uumlberhitzte Dampf wird vom Verfluumlssiger abgekuumlhlt Dabei kondensiert das Kaumlltemittel und gibt die Kondensationswaumlrme ab Der Verfluumlssiger wird fuumlr den Heizkreislauf verwendet
4 Entspannen Das Expansionsventil gleicht den Druckunterschied aus Das jetzt wieder fluumlssige Kaumlltemittel gelangt in den Verdampfer zuruumlck
Vorgang 1 bis 4 wiederholt sich rarrKreisprozess
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Versuch
Wir erwaumlrmen 5 kg Wasser
Temperatur Elektrische Energie
vorher 25degC
nachher 50degC
∆T = 25degC 25degC 6394 Wh
Erhaltene Waumlrmeenergie Q = 41875 25 = 523375 J = 14538 Wh
Guumlteziffer Erhaltene Energie hineingesteckte EnergieGuumlteziffer = 145386394= 227
Das heiszligt Wir erhalten doppelt soviel wie wir hineingesteckt haben
Bei heutigen Waumlrmepumpen erzielen wir die Guumlteziffern von 4
Bemerkung Der Kuumlhlschrank ist eine umgekehrt betriebene Waumlrmepumpe
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Alternative Beheizungen
bull Kachelofen (mit Umluft auch fuumlr mehrere Raumlume verwendbar)bull Warmluftkollektoren mit Geroumlllspeicherbull Sonnenkollektoren sind houmlchstens als Vorheizung im Winter
geeignetbull Fuumlr die Bereitung von Warmwasser sind sie fuumlr das
Sommerhalbjahr aber ideal (April - Sept) Man kann damit 60 des Warmwasserbedarfs decken
Hausuumlbung Preise fuumlr Gas Heizoumll und Kohle erfragen Heizkosten fuumlr Einfamilienhaus pro Heizsaison Herausfinden welches Heizsystem zuhause verwendet wird
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Erhebung Heizsysteme
Flaumlche
ieWaumlrmeenerg
Art der Heizung
Verbrauchte Heizmaterialmenge (Liter msup3 kwh)
Heizwert des Heizmaterials
Waumlrmeenergie = Heizwert x Menge
Flaumlcheninhalt der beheizten Flaumlche
bdquoEnergiekennzahlldquo =
Anzahl der Personen
Energieverbrauch pro Person
Art der Warmwasserbereitung (elektr Sonne mit Heizung)
Ist die Warmwasserbereitung in der obigen Heizmaterialmenge enthalten
Kapitel 6 Waumlrmelehre
66 Brandbekaumlmpfung Lies Buch S 14
Voraussetzungen fuumlr Verbrennung
Brennbarer Stoff und Sauerstoff
Ein Maszlig fuumlr die Feuergefaumlhrlichkeit eines Stoffes ist sein Flammpunkt Darunter versteht man jene Temperatur von der an sich das Gemisch aus dem Dampf des brennbaren Stoffes mit der Luft entzuumlnden laumlsst
Flammpunkte Ether -40degCBenzin -20degCDieseloumll 55degC
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Brandbekaumlmpfung
bull Abkuumlhlen der brennbaren Stoffe z B mit Wasser Achtung nicht bei brennenden Fluumlssigkeiten
bull Verhindern der Sauerstoffzufuhr feuchte Decken uumlber den brennenden Koumlrper Feuerloumlscher ist meist mit Kohlendioxid gefuumlllt (verhindert Luftzufuhr)
Feuerwehr 122Rettung 144Gendarmerie 133
Kapitel 6 Waumlrmelehre
67 Zustandsaumlnderungen
Alle Gegenstaumlnde werden als Koumlrper bezeichnet
Sie treten in verschiedenen Zustandsformen auf
Festkoumlrper
Fluumlssigkeiten
Gase
fluumlssig
fest
gasfoumlrmig
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Eiswuumlrfel in die Hand nehmen Er wird allmaumlhlich zu Wasser Dazu ist Waumlrme noumltigZum Sieden ist ebenfalls Waumlrme noumltig
Aggregatzustandsaumlnderungen
Festkoumlrper
Gas
Fluumlssigkeit
Schmelzen
Erstarren
Sublimieren
Resublimieren Verdampfen
Kondensieren
Uumlberlegungen
Die Uumlbergaumlnge sind mit Waumlrmezufuhr bzw mit Waumlrmeabgabe verbunden
Auch Aumlnderungen des Druckes koumlnnen zu Aggregatzustandsaumlnde-rungen fuumlhrenz B Propangas wird in Flaschen unter sehr hohen Druck gesetzt dadurch wird es dort fluumlssig
Kapitel 6 Waumlrmelehre
671 Schmelzen und ErstarrenVersuch
1 Liter Wasser mit 80degC und 1 kg Eis werden zusammengemischt Vgl Abb 111 Seite 17
Ergebnis
Es entstehen 2 kg Wasser mit einer Temperatur von 0degC
Wir berechnen die eingesetzte Waumlrmeenergie
Um Wasser von 0degC auf 80degC zu erwaumlrmen benoumltigen wir 80middot4187 kJ = 33496 kJ
Diese Waumlrme benoumltigen wir fuumlr das Schmelzen von 1kg Eis
Die Schmelzwaumlrme eines Stoffes ist jene Waumlrmeenergie die noumltig ist um 1kg eines Stoffes beim Schmelzpunkt vom festen in den fluumlssigen Zustand zu bringen
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Die Schmelzwaumlrme des Eises betraumlgt 335 kJkg
Diese Waumlrme ist im Vergleich zu anderen Stoffen ziemlich groszlig
Beim Uumlbergang vom fluumlssigen in den festen Zustand wird die Erstarrungswaumlrme freiDie Erstarrungswaumlrme ist gleich groszlig wie die Schmelzwaumlrme
Anwendung Frostbekaumlmpfung Lies B S 17 Abb 112
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Volumsaumlnderungen beim Schmelzen und Erstarren
Versuch1
Paraffin erstarren lassen rarr Es zieht sich zusammen
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Versuch2
Kaumlltemischung mit drei Teilen Eis und einem Teil Kochsalz herstellen Eine Eprouvette mit 10 cm Wassersaumlule langsam hineingeben
rarr Wasser erstarrt und dehnt sich um ca 111 des Volumens aus
Die meisten Stoffe dehnen sich beim Schmelzen aus und ziehen sich beim Erstarren zusammen
Ausnahme Wasser Das Wasser dehnt sich beim Gefrieren
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Bedeutung in der Natur Uumlberlege Aufgaben 111 bis 115 B S 18
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Loumlten und Schweiszligen
Lies Buch Seite 19
Metalle koumlnnen durch Loumlten bzw Schweiszligen miteinander verbunden werden
Kapitel 6 Waumlrmelehre
672 Anomalie des Wassers Die meisten Fluumlssigkeiten beanspruchen bei houmlherer Temperatur ein groumlszligeres Volumen (Sie dehnen sich aus vgl Fluumlssigkeitsthermometer)
degC
degC
4degC
0degC
Bei Wasser zeigt sich zwischen 0degC und 4degC ein anderes Verhalten
Versuch
Hohes Glas mit Wasser und zerkleinertem Eis gefuumlllt Gut mischen
2 Thermometer T1 taucht bis zum Boden ein T2 taucht bis zur schwimmenden Eisschicht ein
Ergebnis T1 zeigt 4degC T2 zeigt 0degC
Folgerung Das Wasser mit der groumlszligeren Dichte sammelt sich unten an
Wasser hat bei 4degC seine groumlszligte Dichte und sein kleinstes Volumen
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Hausuumlbung Abb 132 Seite 20 zeichnen (beide Bilder)Die Anomalie des Wassers hat eine groszlige Bedeutung fuumlr die Wasserlebewesen Wasser gefriert von oben zu Tiefe Gewaumlsser gefrieren nie bis zum Boden
Winter Sommer
Kapitel 6 Waumlrmelehre
673 Verdampfen Sieden Verdunsten
Sieden erfolgt bei einer ganz bestimmten Temperatur
Wh Wie haben wir die Temperatureinheit Grad Celsius festgelegt
Verdunsten erfolgt bei beliebiger Temperatur (Ist ein Vorgang an der Oberflaumlche der Fluumlssigkeit)
Wir haben gelernt Wasser siedet bei Normaldruck (1013 mbar) bei 100degC
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Gibt man Wasser in einen abgeschlossenen Topf und erhitzt es so siedet es erst bei houmlherer Temperatur
Grund Der Druck ist houmlher und erhoumlht damit den Siedepunkt
Anwendung Dampfdruckkochtopf (Schnellkochtopf) (Achtung Sicherheitsventil noumltig)Dort sieden die Speisen erst bei etwa 125 degC Dies hat den Vorteil dass die Speisen schneller gar werden (Lebenswichtige Vitamine und Mineralsalze bleiben erhalten)
Die Siedetemperatur haumlngt vom Druck ab Bei houmlherem Druck wird sie houmlher bei geringerem erniedrigt sie sich
Abhaumlngigkeit der Siedetemperatur vom Druck
Versuch Becherglas mit Wasser von Zimmertemperatur gefuumlllt unter Vakuumpumpe
Ergebnis Wasser siedet bei sehr kleinem Druck bereits bei Zimmertemperatur
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Die Verdampfungswaumlrme
Beim Sieden stellt man fest dass man beim Siedepunkt staumlndig Waumlrme zufuumlhrt ohne dass sich die Temperatur erhoumlht
Diese Waumlrmeenergie wird benoumltigt dass sich der Dampf ausdehnen kann Er benoumltigt ein viel groumlszligeres Volumen als die Fluumlssigkeit
(1 dmsup3 Wasser rarr 1700 dmsup3 Dampf) Zwischen den Dampfmolekuumllen herrschen fast keine Molekularkraumlfte
Die Verdampfungswaumlrme ist jene Waumlrmeenergie die noumltig ist um 1kg einer Fluumlssigkeit beim Siedepunkt in den dampffoumlrmigen Zustand zu bringen
Beim Verdunsten haben wir die Verdunstungskaumllte
Die Verdampfungswaumlrme des Wassers betraumlgt 2260 kJkg
Vergleiche Tabelle Buch S 22
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Versuch Uhrglas auf Korken mit Wassertropfen stellen In das Uhrglas ein paar Tropfen Aumlther gieszligen und rasch mit Geblaumlse zum Verdunsten bringen
Versuch Wattebausch in Spiritus oder Aumlther eintauchen und um ein Thermometer wickelnErgebnis Es kuumlhlt ab
Ergebnis Es bildet sich eine Eisschicht infolge der Verdunstungskaumllte
Aufgaben 141 bis 146 Buch Seite 22
Kapitel 6 Waumlrmelehre
674 Verfluumlssigung (Kondensation)Uumlbergang Gasfoumlrmig rarr fluumlssig
Dies wird durch Abkuumlhlen erreicht
Versuch Wir bringen in einem Kolben Wasser zum Sieden Den Wasserdampf leiten wir in ein Gefaumlszlig mit kaltem Wasser dessen Masse und Temperatur wir vorher bestimmt haben
Nach einer gewissen Zeit messen wir wieder die Temperatur des Wassers und die Masse
Die Masse hat nur wenig zugenommen die Temperatur verhaumlltnismaumlszligig viel
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Versuchsergebnis 3f Klasse (27 3 2008)m1 = 2724 g = 02724 kgt1 = 209 degCm2 = 2922 g = 02922 kgt2 = 352 degCmD = 00198 kg Masse des Wasserdampfs der kondensiert istΔT = 143 degC
Waumlrmemenge um m1 um ΔT zu erwaumlrmen
Q1 = 4187middot02724middot143 = 163097 J
Waumlrmemenge die der kondensierte Wasserdampf mD beim Abkuumlhlen von 100degC auf 352 degC abgegeben hat
Q2 = 4187middot00198middot648 = 53721 J ist viel weniger
Der groumlszligere Teil stammt von der Kondensationswaumlrme QK = 109376 J
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Destillieren
Als Destillieren bezeichnet man das Verdampfen einer Fluumlssigkeit und das anschlieszligende VerfluumlssigenDiese Methode kann verwendet werden um Fluumlssigkeitsgemische mit verschiedenem Siedepunkt zu trennen bzw zu reinigen
Beispiele Schnaps-Brennen Fraktionierte Destillation des Erdoumlls
Fuumlhre Aufgabe 151 B S 23 aus
Kapitel 6 Waumlrmelehre
675 Die Waumlrmepumpe
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Vorgaumlnge bei der Waumlrmepumpe 1 Verdampfen
Fluumlssiges Kaumlltemittel wird bei niederem Druck verdampft Die Verdampfungs-waumlrme wird der Umgebung entzogen (Grundwasser Fluss Erdreich Luft )
2 Verdichten Der Kompressor saugt das dampffoumlrmige Kaumlltemittel an und verdichtet es Dabei erwaumlrmt es sich bleibt aber dampffoumlrmig
3 Verfluumlssigen Der uumlberhitzte Dampf wird vom Verfluumlssiger abgekuumlhlt Dabei kondensiert das Kaumlltemittel und gibt die Kondensationswaumlrme ab Der Verfluumlssiger wird fuumlr den Heizkreislauf verwendet
4 Entspannen Das Expansionsventil gleicht den Druckunterschied aus Das jetzt wieder fluumlssige Kaumlltemittel gelangt in den Verdampfer zuruumlck
Vorgang 1 bis 4 wiederholt sich rarrKreisprozess
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Versuch
Wir erwaumlrmen 5 kg Wasser
Temperatur Elektrische Energie
vorher 25degC
nachher 50degC
∆T = 25degC 25degC 6394 Wh
Erhaltene Waumlrmeenergie Q = 41875 25 = 523375 J = 14538 Wh
Guumlteziffer Erhaltene Energie hineingesteckte EnergieGuumlteziffer = 145386394= 227
Das heiszligt Wir erhalten doppelt soviel wie wir hineingesteckt haben
Bei heutigen Waumlrmepumpen erzielen wir die Guumlteziffern von 4
Bemerkung Der Kuumlhlschrank ist eine umgekehrt betriebene Waumlrmepumpe
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Erhebung Heizsysteme
Flaumlche
ieWaumlrmeenerg
Art der Heizung
Verbrauchte Heizmaterialmenge (Liter msup3 kwh)
Heizwert des Heizmaterials
Waumlrmeenergie = Heizwert x Menge
Flaumlcheninhalt der beheizten Flaumlche
bdquoEnergiekennzahlldquo =
Anzahl der Personen
Energieverbrauch pro Person
Art der Warmwasserbereitung (elektr Sonne mit Heizung)
Ist die Warmwasserbereitung in der obigen Heizmaterialmenge enthalten
Kapitel 6 Waumlrmelehre
66 Brandbekaumlmpfung Lies Buch S 14
Voraussetzungen fuumlr Verbrennung
Brennbarer Stoff und Sauerstoff
Ein Maszlig fuumlr die Feuergefaumlhrlichkeit eines Stoffes ist sein Flammpunkt Darunter versteht man jene Temperatur von der an sich das Gemisch aus dem Dampf des brennbaren Stoffes mit der Luft entzuumlnden laumlsst
Flammpunkte Ether -40degCBenzin -20degCDieseloumll 55degC
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Brandbekaumlmpfung
bull Abkuumlhlen der brennbaren Stoffe z B mit Wasser Achtung nicht bei brennenden Fluumlssigkeiten
bull Verhindern der Sauerstoffzufuhr feuchte Decken uumlber den brennenden Koumlrper Feuerloumlscher ist meist mit Kohlendioxid gefuumlllt (verhindert Luftzufuhr)
Feuerwehr 122Rettung 144Gendarmerie 133
Kapitel 6 Waumlrmelehre
67 Zustandsaumlnderungen
Alle Gegenstaumlnde werden als Koumlrper bezeichnet
Sie treten in verschiedenen Zustandsformen auf
Festkoumlrper
Fluumlssigkeiten
Gase
fluumlssig
fest
gasfoumlrmig
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Eiswuumlrfel in die Hand nehmen Er wird allmaumlhlich zu Wasser Dazu ist Waumlrme noumltigZum Sieden ist ebenfalls Waumlrme noumltig
Aggregatzustandsaumlnderungen
Festkoumlrper
Gas
Fluumlssigkeit
Schmelzen
Erstarren
Sublimieren
Resublimieren Verdampfen
Kondensieren
Uumlberlegungen
Die Uumlbergaumlnge sind mit Waumlrmezufuhr bzw mit Waumlrmeabgabe verbunden
Auch Aumlnderungen des Druckes koumlnnen zu Aggregatzustandsaumlnde-rungen fuumlhrenz B Propangas wird in Flaschen unter sehr hohen Druck gesetzt dadurch wird es dort fluumlssig
Kapitel 6 Waumlrmelehre
671 Schmelzen und ErstarrenVersuch
1 Liter Wasser mit 80degC und 1 kg Eis werden zusammengemischt Vgl Abb 111 Seite 17
Ergebnis
Es entstehen 2 kg Wasser mit einer Temperatur von 0degC
Wir berechnen die eingesetzte Waumlrmeenergie
Um Wasser von 0degC auf 80degC zu erwaumlrmen benoumltigen wir 80middot4187 kJ = 33496 kJ
Diese Waumlrme benoumltigen wir fuumlr das Schmelzen von 1kg Eis
Die Schmelzwaumlrme eines Stoffes ist jene Waumlrmeenergie die noumltig ist um 1kg eines Stoffes beim Schmelzpunkt vom festen in den fluumlssigen Zustand zu bringen
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Die Schmelzwaumlrme des Eises betraumlgt 335 kJkg
Diese Waumlrme ist im Vergleich zu anderen Stoffen ziemlich groszlig
Beim Uumlbergang vom fluumlssigen in den festen Zustand wird die Erstarrungswaumlrme freiDie Erstarrungswaumlrme ist gleich groszlig wie die Schmelzwaumlrme
Anwendung Frostbekaumlmpfung Lies B S 17 Abb 112
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Volumsaumlnderungen beim Schmelzen und Erstarren
Versuch1
Paraffin erstarren lassen rarr Es zieht sich zusammen
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Versuch2
Kaumlltemischung mit drei Teilen Eis und einem Teil Kochsalz herstellen Eine Eprouvette mit 10 cm Wassersaumlule langsam hineingeben
rarr Wasser erstarrt und dehnt sich um ca 111 des Volumens aus
Die meisten Stoffe dehnen sich beim Schmelzen aus und ziehen sich beim Erstarren zusammen
Ausnahme Wasser Das Wasser dehnt sich beim Gefrieren
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Bedeutung in der Natur Uumlberlege Aufgaben 111 bis 115 B S 18
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Loumlten und Schweiszligen
Lies Buch Seite 19
Metalle koumlnnen durch Loumlten bzw Schweiszligen miteinander verbunden werden
Kapitel 6 Waumlrmelehre
672 Anomalie des Wassers Die meisten Fluumlssigkeiten beanspruchen bei houmlherer Temperatur ein groumlszligeres Volumen (Sie dehnen sich aus vgl Fluumlssigkeitsthermometer)
degC
degC
4degC
0degC
Bei Wasser zeigt sich zwischen 0degC und 4degC ein anderes Verhalten
Versuch
Hohes Glas mit Wasser und zerkleinertem Eis gefuumlllt Gut mischen
2 Thermometer T1 taucht bis zum Boden ein T2 taucht bis zur schwimmenden Eisschicht ein
Ergebnis T1 zeigt 4degC T2 zeigt 0degC
Folgerung Das Wasser mit der groumlszligeren Dichte sammelt sich unten an
Wasser hat bei 4degC seine groumlszligte Dichte und sein kleinstes Volumen
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Hausuumlbung Abb 132 Seite 20 zeichnen (beide Bilder)Die Anomalie des Wassers hat eine groszlige Bedeutung fuumlr die Wasserlebewesen Wasser gefriert von oben zu Tiefe Gewaumlsser gefrieren nie bis zum Boden
Winter Sommer
Kapitel 6 Waumlrmelehre
673 Verdampfen Sieden Verdunsten
Sieden erfolgt bei einer ganz bestimmten Temperatur
Wh Wie haben wir die Temperatureinheit Grad Celsius festgelegt
Verdunsten erfolgt bei beliebiger Temperatur (Ist ein Vorgang an der Oberflaumlche der Fluumlssigkeit)
Wir haben gelernt Wasser siedet bei Normaldruck (1013 mbar) bei 100degC
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Gibt man Wasser in einen abgeschlossenen Topf und erhitzt es so siedet es erst bei houmlherer Temperatur
Grund Der Druck ist houmlher und erhoumlht damit den Siedepunkt
Anwendung Dampfdruckkochtopf (Schnellkochtopf) (Achtung Sicherheitsventil noumltig)Dort sieden die Speisen erst bei etwa 125 degC Dies hat den Vorteil dass die Speisen schneller gar werden (Lebenswichtige Vitamine und Mineralsalze bleiben erhalten)
Die Siedetemperatur haumlngt vom Druck ab Bei houmlherem Druck wird sie houmlher bei geringerem erniedrigt sie sich
Abhaumlngigkeit der Siedetemperatur vom Druck
Versuch Becherglas mit Wasser von Zimmertemperatur gefuumlllt unter Vakuumpumpe
Ergebnis Wasser siedet bei sehr kleinem Druck bereits bei Zimmertemperatur
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Die Verdampfungswaumlrme
Beim Sieden stellt man fest dass man beim Siedepunkt staumlndig Waumlrme zufuumlhrt ohne dass sich die Temperatur erhoumlht
Diese Waumlrmeenergie wird benoumltigt dass sich der Dampf ausdehnen kann Er benoumltigt ein viel groumlszligeres Volumen als die Fluumlssigkeit
(1 dmsup3 Wasser rarr 1700 dmsup3 Dampf) Zwischen den Dampfmolekuumllen herrschen fast keine Molekularkraumlfte
Die Verdampfungswaumlrme ist jene Waumlrmeenergie die noumltig ist um 1kg einer Fluumlssigkeit beim Siedepunkt in den dampffoumlrmigen Zustand zu bringen
Beim Verdunsten haben wir die Verdunstungskaumllte
Die Verdampfungswaumlrme des Wassers betraumlgt 2260 kJkg
Vergleiche Tabelle Buch S 22
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Versuch Uhrglas auf Korken mit Wassertropfen stellen In das Uhrglas ein paar Tropfen Aumlther gieszligen und rasch mit Geblaumlse zum Verdunsten bringen
Versuch Wattebausch in Spiritus oder Aumlther eintauchen und um ein Thermometer wickelnErgebnis Es kuumlhlt ab
Ergebnis Es bildet sich eine Eisschicht infolge der Verdunstungskaumllte
Aufgaben 141 bis 146 Buch Seite 22
Kapitel 6 Waumlrmelehre
674 Verfluumlssigung (Kondensation)Uumlbergang Gasfoumlrmig rarr fluumlssig
Dies wird durch Abkuumlhlen erreicht
Versuch Wir bringen in einem Kolben Wasser zum Sieden Den Wasserdampf leiten wir in ein Gefaumlszlig mit kaltem Wasser dessen Masse und Temperatur wir vorher bestimmt haben
Nach einer gewissen Zeit messen wir wieder die Temperatur des Wassers und die Masse
Die Masse hat nur wenig zugenommen die Temperatur verhaumlltnismaumlszligig viel
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Versuchsergebnis 3f Klasse (27 3 2008)m1 = 2724 g = 02724 kgt1 = 209 degCm2 = 2922 g = 02922 kgt2 = 352 degCmD = 00198 kg Masse des Wasserdampfs der kondensiert istΔT = 143 degC
Waumlrmemenge um m1 um ΔT zu erwaumlrmen
Q1 = 4187middot02724middot143 = 163097 J
Waumlrmemenge die der kondensierte Wasserdampf mD beim Abkuumlhlen von 100degC auf 352 degC abgegeben hat
Q2 = 4187middot00198middot648 = 53721 J ist viel weniger
Der groumlszligere Teil stammt von der Kondensationswaumlrme QK = 109376 J
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Destillieren
Als Destillieren bezeichnet man das Verdampfen einer Fluumlssigkeit und das anschlieszligende VerfluumlssigenDiese Methode kann verwendet werden um Fluumlssigkeitsgemische mit verschiedenem Siedepunkt zu trennen bzw zu reinigen
Beispiele Schnaps-Brennen Fraktionierte Destillation des Erdoumlls
Fuumlhre Aufgabe 151 B S 23 aus
Kapitel 6 Waumlrmelehre
675 Die Waumlrmepumpe
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Vorgaumlnge bei der Waumlrmepumpe 1 Verdampfen
Fluumlssiges Kaumlltemittel wird bei niederem Druck verdampft Die Verdampfungs-waumlrme wird der Umgebung entzogen (Grundwasser Fluss Erdreich Luft )
2 Verdichten Der Kompressor saugt das dampffoumlrmige Kaumlltemittel an und verdichtet es Dabei erwaumlrmt es sich bleibt aber dampffoumlrmig
3 Verfluumlssigen Der uumlberhitzte Dampf wird vom Verfluumlssiger abgekuumlhlt Dabei kondensiert das Kaumlltemittel und gibt die Kondensationswaumlrme ab Der Verfluumlssiger wird fuumlr den Heizkreislauf verwendet
4 Entspannen Das Expansionsventil gleicht den Druckunterschied aus Das jetzt wieder fluumlssige Kaumlltemittel gelangt in den Verdampfer zuruumlck
Vorgang 1 bis 4 wiederholt sich rarrKreisprozess
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Versuch
Wir erwaumlrmen 5 kg Wasser
Temperatur Elektrische Energie
vorher 25degC
nachher 50degC
∆T = 25degC 25degC 6394 Wh
Erhaltene Waumlrmeenergie Q = 41875 25 = 523375 J = 14538 Wh
Guumlteziffer Erhaltene Energie hineingesteckte EnergieGuumlteziffer = 145386394= 227
Das heiszligt Wir erhalten doppelt soviel wie wir hineingesteckt haben
Bei heutigen Waumlrmepumpen erzielen wir die Guumlteziffern von 4
Bemerkung Der Kuumlhlschrank ist eine umgekehrt betriebene Waumlrmepumpe
Kapitel 6 Waumlrmelehre
66 Brandbekaumlmpfung Lies Buch S 14
Voraussetzungen fuumlr Verbrennung
Brennbarer Stoff und Sauerstoff
Ein Maszlig fuumlr die Feuergefaumlhrlichkeit eines Stoffes ist sein Flammpunkt Darunter versteht man jene Temperatur von der an sich das Gemisch aus dem Dampf des brennbaren Stoffes mit der Luft entzuumlnden laumlsst
Flammpunkte Ether -40degCBenzin -20degCDieseloumll 55degC
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Brandbekaumlmpfung
bull Abkuumlhlen der brennbaren Stoffe z B mit Wasser Achtung nicht bei brennenden Fluumlssigkeiten
bull Verhindern der Sauerstoffzufuhr feuchte Decken uumlber den brennenden Koumlrper Feuerloumlscher ist meist mit Kohlendioxid gefuumlllt (verhindert Luftzufuhr)
Feuerwehr 122Rettung 144Gendarmerie 133
Kapitel 6 Waumlrmelehre
67 Zustandsaumlnderungen
Alle Gegenstaumlnde werden als Koumlrper bezeichnet
Sie treten in verschiedenen Zustandsformen auf
Festkoumlrper
Fluumlssigkeiten
Gase
fluumlssig
fest
gasfoumlrmig
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Eiswuumlrfel in die Hand nehmen Er wird allmaumlhlich zu Wasser Dazu ist Waumlrme noumltigZum Sieden ist ebenfalls Waumlrme noumltig
Aggregatzustandsaumlnderungen
Festkoumlrper
Gas
Fluumlssigkeit
Schmelzen
Erstarren
Sublimieren
Resublimieren Verdampfen
Kondensieren
Uumlberlegungen
Die Uumlbergaumlnge sind mit Waumlrmezufuhr bzw mit Waumlrmeabgabe verbunden
Auch Aumlnderungen des Druckes koumlnnen zu Aggregatzustandsaumlnde-rungen fuumlhrenz B Propangas wird in Flaschen unter sehr hohen Druck gesetzt dadurch wird es dort fluumlssig
Kapitel 6 Waumlrmelehre
671 Schmelzen und ErstarrenVersuch
1 Liter Wasser mit 80degC und 1 kg Eis werden zusammengemischt Vgl Abb 111 Seite 17
Ergebnis
Es entstehen 2 kg Wasser mit einer Temperatur von 0degC
Wir berechnen die eingesetzte Waumlrmeenergie
Um Wasser von 0degC auf 80degC zu erwaumlrmen benoumltigen wir 80middot4187 kJ = 33496 kJ
Diese Waumlrme benoumltigen wir fuumlr das Schmelzen von 1kg Eis
Die Schmelzwaumlrme eines Stoffes ist jene Waumlrmeenergie die noumltig ist um 1kg eines Stoffes beim Schmelzpunkt vom festen in den fluumlssigen Zustand zu bringen
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Die Schmelzwaumlrme des Eises betraumlgt 335 kJkg
Diese Waumlrme ist im Vergleich zu anderen Stoffen ziemlich groszlig
Beim Uumlbergang vom fluumlssigen in den festen Zustand wird die Erstarrungswaumlrme freiDie Erstarrungswaumlrme ist gleich groszlig wie die Schmelzwaumlrme
Anwendung Frostbekaumlmpfung Lies B S 17 Abb 112
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Volumsaumlnderungen beim Schmelzen und Erstarren
Versuch1
Paraffin erstarren lassen rarr Es zieht sich zusammen
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Versuch2
Kaumlltemischung mit drei Teilen Eis und einem Teil Kochsalz herstellen Eine Eprouvette mit 10 cm Wassersaumlule langsam hineingeben
rarr Wasser erstarrt und dehnt sich um ca 111 des Volumens aus
Die meisten Stoffe dehnen sich beim Schmelzen aus und ziehen sich beim Erstarren zusammen
Ausnahme Wasser Das Wasser dehnt sich beim Gefrieren
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Bedeutung in der Natur Uumlberlege Aufgaben 111 bis 115 B S 18
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Loumlten und Schweiszligen
Lies Buch Seite 19
Metalle koumlnnen durch Loumlten bzw Schweiszligen miteinander verbunden werden
Kapitel 6 Waumlrmelehre
672 Anomalie des Wassers Die meisten Fluumlssigkeiten beanspruchen bei houmlherer Temperatur ein groumlszligeres Volumen (Sie dehnen sich aus vgl Fluumlssigkeitsthermometer)
degC
degC
4degC
0degC
Bei Wasser zeigt sich zwischen 0degC und 4degC ein anderes Verhalten
Versuch
Hohes Glas mit Wasser und zerkleinertem Eis gefuumlllt Gut mischen
2 Thermometer T1 taucht bis zum Boden ein T2 taucht bis zur schwimmenden Eisschicht ein
Ergebnis T1 zeigt 4degC T2 zeigt 0degC
Folgerung Das Wasser mit der groumlszligeren Dichte sammelt sich unten an
Wasser hat bei 4degC seine groumlszligte Dichte und sein kleinstes Volumen
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Hausuumlbung Abb 132 Seite 20 zeichnen (beide Bilder)Die Anomalie des Wassers hat eine groszlige Bedeutung fuumlr die Wasserlebewesen Wasser gefriert von oben zu Tiefe Gewaumlsser gefrieren nie bis zum Boden
Winter Sommer
Kapitel 6 Waumlrmelehre
673 Verdampfen Sieden Verdunsten
Sieden erfolgt bei einer ganz bestimmten Temperatur
Wh Wie haben wir die Temperatureinheit Grad Celsius festgelegt
Verdunsten erfolgt bei beliebiger Temperatur (Ist ein Vorgang an der Oberflaumlche der Fluumlssigkeit)
Wir haben gelernt Wasser siedet bei Normaldruck (1013 mbar) bei 100degC
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Gibt man Wasser in einen abgeschlossenen Topf und erhitzt es so siedet es erst bei houmlherer Temperatur
Grund Der Druck ist houmlher und erhoumlht damit den Siedepunkt
Anwendung Dampfdruckkochtopf (Schnellkochtopf) (Achtung Sicherheitsventil noumltig)Dort sieden die Speisen erst bei etwa 125 degC Dies hat den Vorteil dass die Speisen schneller gar werden (Lebenswichtige Vitamine und Mineralsalze bleiben erhalten)
Die Siedetemperatur haumlngt vom Druck ab Bei houmlherem Druck wird sie houmlher bei geringerem erniedrigt sie sich
Abhaumlngigkeit der Siedetemperatur vom Druck
Versuch Becherglas mit Wasser von Zimmertemperatur gefuumlllt unter Vakuumpumpe
Ergebnis Wasser siedet bei sehr kleinem Druck bereits bei Zimmertemperatur
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Die Verdampfungswaumlrme
Beim Sieden stellt man fest dass man beim Siedepunkt staumlndig Waumlrme zufuumlhrt ohne dass sich die Temperatur erhoumlht
Diese Waumlrmeenergie wird benoumltigt dass sich der Dampf ausdehnen kann Er benoumltigt ein viel groumlszligeres Volumen als die Fluumlssigkeit
(1 dmsup3 Wasser rarr 1700 dmsup3 Dampf) Zwischen den Dampfmolekuumllen herrschen fast keine Molekularkraumlfte
Die Verdampfungswaumlrme ist jene Waumlrmeenergie die noumltig ist um 1kg einer Fluumlssigkeit beim Siedepunkt in den dampffoumlrmigen Zustand zu bringen
Beim Verdunsten haben wir die Verdunstungskaumllte
Die Verdampfungswaumlrme des Wassers betraumlgt 2260 kJkg
Vergleiche Tabelle Buch S 22
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Versuch Uhrglas auf Korken mit Wassertropfen stellen In das Uhrglas ein paar Tropfen Aumlther gieszligen und rasch mit Geblaumlse zum Verdunsten bringen
Versuch Wattebausch in Spiritus oder Aumlther eintauchen und um ein Thermometer wickelnErgebnis Es kuumlhlt ab
Ergebnis Es bildet sich eine Eisschicht infolge der Verdunstungskaumllte
Aufgaben 141 bis 146 Buch Seite 22
Kapitel 6 Waumlrmelehre
674 Verfluumlssigung (Kondensation)Uumlbergang Gasfoumlrmig rarr fluumlssig
Dies wird durch Abkuumlhlen erreicht
Versuch Wir bringen in einem Kolben Wasser zum Sieden Den Wasserdampf leiten wir in ein Gefaumlszlig mit kaltem Wasser dessen Masse und Temperatur wir vorher bestimmt haben
Nach einer gewissen Zeit messen wir wieder die Temperatur des Wassers und die Masse
Die Masse hat nur wenig zugenommen die Temperatur verhaumlltnismaumlszligig viel
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Versuchsergebnis 3f Klasse (27 3 2008)m1 = 2724 g = 02724 kgt1 = 209 degCm2 = 2922 g = 02922 kgt2 = 352 degCmD = 00198 kg Masse des Wasserdampfs der kondensiert istΔT = 143 degC
Waumlrmemenge um m1 um ΔT zu erwaumlrmen
Q1 = 4187middot02724middot143 = 163097 J
Waumlrmemenge die der kondensierte Wasserdampf mD beim Abkuumlhlen von 100degC auf 352 degC abgegeben hat
Q2 = 4187middot00198middot648 = 53721 J ist viel weniger
Der groumlszligere Teil stammt von der Kondensationswaumlrme QK = 109376 J
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Destillieren
Als Destillieren bezeichnet man das Verdampfen einer Fluumlssigkeit und das anschlieszligende VerfluumlssigenDiese Methode kann verwendet werden um Fluumlssigkeitsgemische mit verschiedenem Siedepunkt zu trennen bzw zu reinigen
Beispiele Schnaps-Brennen Fraktionierte Destillation des Erdoumlls
Fuumlhre Aufgabe 151 B S 23 aus
Kapitel 6 Waumlrmelehre
675 Die Waumlrmepumpe
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Vorgaumlnge bei der Waumlrmepumpe 1 Verdampfen
Fluumlssiges Kaumlltemittel wird bei niederem Druck verdampft Die Verdampfungs-waumlrme wird der Umgebung entzogen (Grundwasser Fluss Erdreich Luft )
2 Verdichten Der Kompressor saugt das dampffoumlrmige Kaumlltemittel an und verdichtet es Dabei erwaumlrmt es sich bleibt aber dampffoumlrmig
3 Verfluumlssigen Der uumlberhitzte Dampf wird vom Verfluumlssiger abgekuumlhlt Dabei kondensiert das Kaumlltemittel und gibt die Kondensationswaumlrme ab Der Verfluumlssiger wird fuumlr den Heizkreislauf verwendet
4 Entspannen Das Expansionsventil gleicht den Druckunterschied aus Das jetzt wieder fluumlssige Kaumlltemittel gelangt in den Verdampfer zuruumlck
Vorgang 1 bis 4 wiederholt sich rarrKreisprozess
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Versuch
Wir erwaumlrmen 5 kg Wasser
Temperatur Elektrische Energie
vorher 25degC
nachher 50degC
∆T = 25degC 25degC 6394 Wh
Erhaltene Waumlrmeenergie Q = 41875 25 = 523375 J = 14538 Wh
Guumlteziffer Erhaltene Energie hineingesteckte EnergieGuumlteziffer = 145386394= 227
Das heiszligt Wir erhalten doppelt soviel wie wir hineingesteckt haben
Bei heutigen Waumlrmepumpen erzielen wir die Guumlteziffern von 4
Bemerkung Der Kuumlhlschrank ist eine umgekehrt betriebene Waumlrmepumpe
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Brandbekaumlmpfung
bull Abkuumlhlen der brennbaren Stoffe z B mit Wasser Achtung nicht bei brennenden Fluumlssigkeiten
bull Verhindern der Sauerstoffzufuhr feuchte Decken uumlber den brennenden Koumlrper Feuerloumlscher ist meist mit Kohlendioxid gefuumlllt (verhindert Luftzufuhr)
Feuerwehr 122Rettung 144Gendarmerie 133
Kapitel 6 Waumlrmelehre
67 Zustandsaumlnderungen
Alle Gegenstaumlnde werden als Koumlrper bezeichnet
Sie treten in verschiedenen Zustandsformen auf
Festkoumlrper
Fluumlssigkeiten
Gase
fluumlssig
fest
gasfoumlrmig
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Eiswuumlrfel in die Hand nehmen Er wird allmaumlhlich zu Wasser Dazu ist Waumlrme noumltigZum Sieden ist ebenfalls Waumlrme noumltig
Aggregatzustandsaumlnderungen
Festkoumlrper
Gas
Fluumlssigkeit
Schmelzen
Erstarren
Sublimieren
Resublimieren Verdampfen
Kondensieren
Uumlberlegungen
Die Uumlbergaumlnge sind mit Waumlrmezufuhr bzw mit Waumlrmeabgabe verbunden
Auch Aumlnderungen des Druckes koumlnnen zu Aggregatzustandsaumlnde-rungen fuumlhrenz B Propangas wird in Flaschen unter sehr hohen Druck gesetzt dadurch wird es dort fluumlssig
Kapitel 6 Waumlrmelehre
671 Schmelzen und ErstarrenVersuch
1 Liter Wasser mit 80degC und 1 kg Eis werden zusammengemischt Vgl Abb 111 Seite 17
Ergebnis
Es entstehen 2 kg Wasser mit einer Temperatur von 0degC
Wir berechnen die eingesetzte Waumlrmeenergie
Um Wasser von 0degC auf 80degC zu erwaumlrmen benoumltigen wir 80middot4187 kJ = 33496 kJ
Diese Waumlrme benoumltigen wir fuumlr das Schmelzen von 1kg Eis
Die Schmelzwaumlrme eines Stoffes ist jene Waumlrmeenergie die noumltig ist um 1kg eines Stoffes beim Schmelzpunkt vom festen in den fluumlssigen Zustand zu bringen
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Die Schmelzwaumlrme des Eises betraumlgt 335 kJkg
Diese Waumlrme ist im Vergleich zu anderen Stoffen ziemlich groszlig
Beim Uumlbergang vom fluumlssigen in den festen Zustand wird die Erstarrungswaumlrme freiDie Erstarrungswaumlrme ist gleich groszlig wie die Schmelzwaumlrme
Anwendung Frostbekaumlmpfung Lies B S 17 Abb 112
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Volumsaumlnderungen beim Schmelzen und Erstarren
Versuch1
Paraffin erstarren lassen rarr Es zieht sich zusammen
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Versuch2
Kaumlltemischung mit drei Teilen Eis und einem Teil Kochsalz herstellen Eine Eprouvette mit 10 cm Wassersaumlule langsam hineingeben
rarr Wasser erstarrt und dehnt sich um ca 111 des Volumens aus
Die meisten Stoffe dehnen sich beim Schmelzen aus und ziehen sich beim Erstarren zusammen
Ausnahme Wasser Das Wasser dehnt sich beim Gefrieren
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Bedeutung in der Natur Uumlberlege Aufgaben 111 bis 115 B S 18
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Loumlten und Schweiszligen
Lies Buch Seite 19
Metalle koumlnnen durch Loumlten bzw Schweiszligen miteinander verbunden werden
Kapitel 6 Waumlrmelehre
672 Anomalie des Wassers Die meisten Fluumlssigkeiten beanspruchen bei houmlherer Temperatur ein groumlszligeres Volumen (Sie dehnen sich aus vgl Fluumlssigkeitsthermometer)
degC
degC
4degC
0degC
Bei Wasser zeigt sich zwischen 0degC und 4degC ein anderes Verhalten
Versuch
Hohes Glas mit Wasser und zerkleinertem Eis gefuumlllt Gut mischen
2 Thermometer T1 taucht bis zum Boden ein T2 taucht bis zur schwimmenden Eisschicht ein
Ergebnis T1 zeigt 4degC T2 zeigt 0degC
Folgerung Das Wasser mit der groumlszligeren Dichte sammelt sich unten an
Wasser hat bei 4degC seine groumlszligte Dichte und sein kleinstes Volumen
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Hausuumlbung Abb 132 Seite 20 zeichnen (beide Bilder)Die Anomalie des Wassers hat eine groszlige Bedeutung fuumlr die Wasserlebewesen Wasser gefriert von oben zu Tiefe Gewaumlsser gefrieren nie bis zum Boden
Winter Sommer
Kapitel 6 Waumlrmelehre
673 Verdampfen Sieden Verdunsten
Sieden erfolgt bei einer ganz bestimmten Temperatur
Wh Wie haben wir die Temperatureinheit Grad Celsius festgelegt
Verdunsten erfolgt bei beliebiger Temperatur (Ist ein Vorgang an der Oberflaumlche der Fluumlssigkeit)
Wir haben gelernt Wasser siedet bei Normaldruck (1013 mbar) bei 100degC
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Gibt man Wasser in einen abgeschlossenen Topf und erhitzt es so siedet es erst bei houmlherer Temperatur
Grund Der Druck ist houmlher und erhoumlht damit den Siedepunkt
Anwendung Dampfdruckkochtopf (Schnellkochtopf) (Achtung Sicherheitsventil noumltig)Dort sieden die Speisen erst bei etwa 125 degC Dies hat den Vorteil dass die Speisen schneller gar werden (Lebenswichtige Vitamine und Mineralsalze bleiben erhalten)
Die Siedetemperatur haumlngt vom Druck ab Bei houmlherem Druck wird sie houmlher bei geringerem erniedrigt sie sich
Abhaumlngigkeit der Siedetemperatur vom Druck
Versuch Becherglas mit Wasser von Zimmertemperatur gefuumlllt unter Vakuumpumpe
Ergebnis Wasser siedet bei sehr kleinem Druck bereits bei Zimmertemperatur
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Die Verdampfungswaumlrme
Beim Sieden stellt man fest dass man beim Siedepunkt staumlndig Waumlrme zufuumlhrt ohne dass sich die Temperatur erhoumlht
Diese Waumlrmeenergie wird benoumltigt dass sich der Dampf ausdehnen kann Er benoumltigt ein viel groumlszligeres Volumen als die Fluumlssigkeit
(1 dmsup3 Wasser rarr 1700 dmsup3 Dampf) Zwischen den Dampfmolekuumllen herrschen fast keine Molekularkraumlfte
Die Verdampfungswaumlrme ist jene Waumlrmeenergie die noumltig ist um 1kg einer Fluumlssigkeit beim Siedepunkt in den dampffoumlrmigen Zustand zu bringen
Beim Verdunsten haben wir die Verdunstungskaumllte
Die Verdampfungswaumlrme des Wassers betraumlgt 2260 kJkg
Vergleiche Tabelle Buch S 22
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Versuch Uhrglas auf Korken mit Wassertropfen stellen In das Uhrglas ein paar Tropfen Aumlther gieszligen und rasch mit Geblaumlse zum Verdunsten bringen
Versuch Wattebausch in Spiritus oder Aumlther eintauchen und um ein Thermometer wickelnErgebnis Es kuumlhlt ab
Ergebnis Es bildet sich eine Eisschicht infolge der Verdunstungskaumllte
Aufgaben 141 bis 146 Buch Seite 22
Kapitel 6 Waumlrmelehre
674 Verfluumlssigung (Kondensation)Uumlbergang Gasfoumlrmig rarr fluumlssig
Dies wird durch Abkuumlhlen erreicht
Versuch Wir bringen in einem Kolben Wasser zum Sieden Den Wasserdampf leiten wir in ein Gefaumlszlig mit kaltem Wasser dessen Masse und Temperatur wir vorher bestimmt haben
Nach einer gewissen Zeit messen wir wieder die Temperatur des Wassers und die Masse
Die Masse hat nur wenig zugenommen die Temperatur verhaumlltnismaumlszligig viel
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Versuchsergebnis 3f Klasse (27 3 2008)m1 = 2724 g = 02724 kgt1 = 209 degCm2 = 2922 g = 02922 kgt2 = 352 degCmD = 00198 kg Masse des Wasserdampfs der kondensiert istΔT = 143 degC
Waumlrmemenge um m1 um ΔT zu erwaumlrmen
Q1 = 4187middot02724middot143 = 163097 J
Waumlrmemenge die der kondensierte Wasserdampf mD beim Abkuumlhlen von 100degC auf 352 degC abgegeben hat
Q2 = 4187middot00198middot648 = 53721 J ist viel weniger
Der groumlszligere Teil stammt von der Kondensationswaumlrme QK = 109376 J
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Destillieren
Als Destillieren bezeichnet man das Verdampfen einer Fluumlssigkeit und das anschlieszligende VerfluumlssigenDiese Methode kann verwendet werden um Fluumlssigkeitsgemische mit verschiedenem Siedepunkt zu trennen bzw zu reinigen
Beispiele Schnaps-Brennen Fraktionierte Destillation des Erdoumlls
Fuumlhre Aufgabe 151 B S 23 aus
Kapitel 6 Waumlrmelehre
675 Die Waumlrmepumpe
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Vorgaumlnge bei der Waumlrmepumpe 1 Verdampfen
Fluumlssiges Kaumlltemittel wird bei niederem Druck verdampft Die Verdampfungs-waumlrme wird der Umgebung entzogen (Grundwasser Fluss Erdreich Luft )
2 Verdichten Der Kompressor saugt das dampffoumlrmige Kaumlltemittel an und verdichtet es Dabei erwaumlrmt es sich bleibt aber dampffoumlrmig
3 Verfluumlssigen Der uumlberhitzte Dampf wird vom Verfluumlssiger abgekuumlhlt Dabei kondensiert das Kaumlltemittel und gibt die Kondensationswaumlrme ab Der Verfluumlssiger wird fuumlr den Heizkreislauf verwendet
4 Entspannen Das Expansionsventil gleicht den Druckunterschied aus Das jetzt wieder fluumlssige Kaumlltemittel gelangt in den Verdampfer zuruumlck
Vorgang 1 bis 4 wiederholt sich rarrKreisprozess
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Versuch
Wir erwaumlrmen 5 kg Wasser
Temperatur Elektrische Energie
vorher 25degC
nachher 50degC
∆T = 25degC 25degC 6394 Wh
Erhaltene Waumlrmeenergie Q = 41875 25 = 523375 J = 14538 Wh
Guumlteziffer Erhaltene Energie hineingesteckte EnergieGuumlteziffer = 145386394= 227
Das heiszligt Wir erhalten doppelt soviel wie wir hineingesteckt haben
Bei heutigen Waumlrmepumpen erzielen wir die Guumlteziffern von 4
Bemerkung Der Kuumlhlschrank ist eine umgekehrt betriebene Waumlrmepumpe
Kapitel 6 Waumlrmelehre
67 Zustandsaumlnderungen
Alle Gegenstaumlnde werden als Koumlrper bezeichnet
Sie treten in verschiedenen Zustandsformen auf
Festkoumlrper
Fluumlssigkeiten
Gase
fluumlssig
fest
gasfoumlrmig
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Eiswuumlrfel in die Hand nehmen Er wird allmaumlhlich zu Wasser Dazu ist Waumlrme noumltigZum Sieden ist ebenfalls Waumlrme noumltig
Aggregatzustandsaumlnderungen
Festkoumlrper
Gas
Fluumlssigkeit
Schmelzen
Erstarren
Sublimieren
Resublimieren Verdampfen
Kondensieren
Uumlberlegungen
Die Uumlbergaumlnge sind mit Waumlrmezufuhr bzw mit Waumlrmeabgabe verbunden
Auch Aumlnderungen des Druckes koumlnnen zu Aggregatzustandsaumlnde-rungen fuumlhrenz B Propangas wird in Flaschen unter sehr hohen Druck gesetzt dadurch wird es dort fluumlssig
Kapitel 6 Waumlrmelehre
671 Schmelzen und ErstarrenVersuch
1 Liter Wasser mit 80degC und 1 kg Eis werden zusammengemischt Vgl Abb 111 Seite 17
Ergebnis
Es entstehen 2 kg Wasser mit einer Temperatur von 0degC
Wir berechnen die eingesetzte Waumlrmeenergie
Um Wasser von 0degC auf 80degC zu erwaumlrmen benoumltigen wir 80middot4187 kJ = 33496 kJ
Diese Waumlrme benoumltigen wir fuumlr das Schmelzen von 1kg Eis
Die Schmelzwaumlrme eines Stoffes ist jene Waumlrmeenergie die noumltig ist um 1kg eines Stoffes beim Schmelzpunkt vom festen in den fluumlssigen Zustand zu bringen
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Die Schmelzwaumlrme des Eises betraumlgt 335 kJkg
Diese Waumlrme ist im Vergleich zu anderen Stoffen ziemlich groszlig
Beim Uumlbergang vom fluumlssigen in den festen Zustand wird die Erstarrungswaumlrme freiDie Erstarrungswaumlrme ist gleich groszlig wie die Schmelzwaumlrme
Anwendung Frostbekaumlmpfung Lies B S 17 Abb 112
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Volumsaumlnderungen beim Schmelzen und Erstarren
Versuch1
Paraffin erstarren lassen rarr Es zieht sich zusammen
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Versuch2
Kaumlltemischung mit drei Teilen Eis und einem Teil Kochsalz herstellen Eine Eprouvette mit 10 cm Wassersaumlule langsam hineingeben
rarr Wasser erstarrt und dehnt sich um ca 111 des Volumens aus
Die meisten Stoffe dehnen sich beim Schmelzen aus und ziehen sich beim Erstarren zusammen
Ausnahme Wasser Das Wasser dehnt sich beim Gefrieren
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Bedeutung in der Natur Uumlberlege Aufgaben 111 bis 115 B S 18
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Loumlten und Schweiszligen
Lies Buch Seite 19
Metalle koumlnnen durch Loumlten bzw Schweiszligen miteinander verbunden werden
Kapitel 6 Waumlrmelehre
672 Anomalie des Wassers Die meisten Fluumlssigkeiten beanspruchen bei houmlherer Temperatur ein groumlszligeres Volumen (Sie dehnen sich aus vgl Fluumlssigkeitsthermometer)
degC
degC
4degC
0degC
Bei Wasser zeigt sich zwischen 0degC und 4degC ein anderes Verhalten
Versuch
Hohes Glas mit Wasser und zerkleinertem Eis gefuumlllt Gut mischen
2 Thermometer T1 taucht bis zum Boden ein T2 taucht bis zur schwimmenden Eisschicht ein
Ergebnis T1 zeigt 4degC T2 zeigt 0degC
Folgerung Das Wasser mit der groumlszligeren Dichte sammelt sich unten an
Wasser hat bei 4degC seine groumlszligte Dichte und sein kleinstes Volumen
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Hausuumlbung Abb 132 Seite 20 zeichnen (beide Bilder)Die Anomalie des Wassers hat eine groszlige Bedeutung fuumlr die Wasserlebewesen Wasser gefriert von oben zu Tiefe Gewaumlsser gefrieren nie bis zum Boden
Winter Sommer
Kapitel 6 Waumlrmelehre
673 Verdampfen Sieden Verdunsten
Sieden erfolgt bei einer ganz bestimmten Temperatur
Wh Wie haben wir die Temperatureinheit Grad Celsius festgelegt
Verdunsten erfolgt bei beliebiger Temperatur (Ist ein Vorgang an der Oberflaumlche der Fluumlssigkeit)
Wir haben gelernt Wasser siedet bei Normaldruck (1013 mbar) bei 100degC
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Gibt man Wasser in einen abgeschlossenen Topf und erhitzt es so siedet es erst bei houmlherer Temperatur
Grund Der Druck ist houmlher und erhoumlht damit den Siedepunkt
Anwendung Dampfdruckkochtopf (Schnellkochtopf) (Achtung Sicherheitsventil noumltig)Dort sieden die Speisen erst bei etwa 125 degC Dies hat den Vorteil dass die Speisen schneller gar werden (Lebenswichtige Vitamine und Mineralsalze bleiben erhalten)
Die Siedetemperatur haumlngt vom Druck ab Bei houmlherem Druck wird sie houmlher bei geringerem erniedrigt sie sich
Abhaumlngigkeit der Siedetemperatur vom Druck
Versuch Becherglas mit Wasser von Zimmertemperatur gefuumlllt unter Vakuumpumpe
Ergebnis Wasser siedet bei sehr kleinem Druck bereits bei Zimmertemperatur
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Die Verdampfungswaumlrme
Beim Sieden stellt man fest dass man beim Siedepunkt staumlndig Waumlrme zufuumlhrt ohne dass sich die Temperatur erhoumlht
Diese Waumlrmeenergie wird benoumltigt dass sich der Dampf ausdehnen kann Er benoumltigt ein viel groumlszligeres Volumen als die Fluumlssigkeit
(1 dmsup3 Wasser rarr 1700 dmsup3 Dampf) Zwischen den Dampfmolekuumllen herrschen fast keine Molekularkraumlfte
Die Verdampfungswaumlrme ist jene Waumlrmeenergie die noumltig ist um 1kg einer Fluumlssigkeit beim Siedepunkt in den dampffoumlrmigen Zustand zu bringen
Beim Verdunsten haben wir die Verdunstungskaumllte
Die Verdampfungswaumlrme des Wassers betraumlgt 2260 kJkg
Vergleiche Tabelle Buch S 22
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Versuch Uhrglas auf Korken mit Wassertropfen stellen In das Uhrglas ein paar Tropfen Aumlther gieszligen und rasch mit Geblaumlse zum Verdunsten bringen
Versuch Wattebausch in Spiritus oder Aumlther eintauchen und um ein Thermometer wickelnErgebnis Es kuumlhlt ab
Ergebnis Es bildet sich eine Eisschicht infolge der Verdunstungskaumllte
Aufgaben 141 bis 146 Buch Seite 22
Kapitel 6 Waumlrmelehre
674 Verfluumlssigung (Kondensation)Uumlbergang Gasfoumlrmig rarr fluumlssig
Dies wird durch Abkuumlhlen erreicht
Versuch Wir bringen in einem Kolben Wasser zum Sieden Den Wasserdampf leiten wir in ein Gefaumlszlig mit kaltem Wasser dessen Masse und Temperatur wir vorher bestimmt haben
Nach einer gewissen Zeit messen wir wieder die Temperatur des Wassers und die Masse
Die Masse hat nur wenig zugenommen die Temperatur verhaumlltnismaumlszligig viel
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Versuchsergebnis 3f Klasse (27 3 2008)m1 = 2724 g = 02724 kgt1 = 209 degCm2 = 2922 g = 02922 kgt2 = 352 degCmD = 00198 kg Masse des Wasserdampfs der kondensiert istΔT = 143 degC
Waumlrmemenge um m1 um ΔT zu erwaumlrmen
Q1 = 4187middot02724middot143 = 163097 J
Waumlrmemenge die der kondensierte Wasserdampf mD beim Abkuumlhlen von 100degC auf 352 degC abgegeben hat
Q2 = 4187middot00198middot648 = 53721 J ist viel weniger
Der groumlszligere Teil stammt von der Kondensationswaumlrme QK = 109376 J
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Destillieren
Als Destillieren bezeichnet man das Verdampfen einer Fluumlssigkeit und das anschlieszligende VerfluumlssigenDiese Methode kann verwendet werden um Fluumlssigkeitsgemische mit verschiedenem Siedepunkt zu trennen bzw zu reinigen
Beispiele Schnaps-Brennen Fraktionierte Destillation des Erdoumlls
Fuumlhre Aufgabe 151 B S 23 aus
Kapitel 6 Waumlrmelehre
675 Die Waumlrmepumpe
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Vorgaumlnge bei der Waumlrmepumpe 1 Verdampfen
Fluumlssiges Kaumlltemittel wird bei niederem Druck verdampft Die Verdampfungs-waumlrme wird der Umgebung entzogen (Grundwasser Fluss Erdreich Luft )
2 Verdichten Der Kompressor saugt das dampffoumlrmige Kaumlltemittel an und verdichtet es Dabei erwaumlrmt es sich bleibt aber dampffoumlrmig
3 Verfluumlssigen Der uumlberhitzte Dampf wird vom Verfluumlssiger abgekuumlhlt Dabei kondensiert das Kaumlltemittel und gibt die Kondensationswaumlrme ab Der Verfluumlssiger wird fuumlr den Heizkreislauf verwendet
4 Entspannen Das Expansionsventil gleicht den Druckunterschied aus Das jetzt wieder fluumlssige Kaumlltemittel gelangt in den Verdampfer zuruumlck
Vorgang 1 bis 4 wiederholt sich rarrKreisprozess
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Versuch
Wir erwaumlrmen 5 kg Wasser
Temperatur Elektrische Energie
vorher 25degC
nachher 50degC
∆T = 25degC 25degC 6394 Wh
Erhaltene Waumlrmeenergie Q = 41875 25 = 523375 J = 14538 Wh
Guumlteziffer Erhaltene Energie hineingesteckte EnergieGuumlteziffer = 145386394= 227
Das heiszligt Wir erhalten doppelt soviel wie wir hineingesteckt haben
Bei heutigen Waumlrmepumpen erzielen wir die Guumlteziffern von 4
Bemerkung Der Kuumlhlschrank ist eine umgekehrt betriebene Waumlrmepumpe
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Eiswuumlrfel in die Hand nehmen Er wird allmaumlhlich zu Wasser Dazu ist Waumlrme noumltigZum Sieden ist ebenfalls Waumlrme noumltig
Aggregatzustandsaumlnderungen
Festkoumlrper
Gas
Fluumlssigkeit
Schmelzen
Erstarren
Sublimieren
Resublimieren Verdampfen
Kondensieren
Uumlberlegungen
Die Uumlbergaumlnge sind mit Waumlrmezufuhr bzw mit Waumlrmeabgabe verbunden
Auch Aumlnderungen des Druckes koumlnnen zu Aggregatzustandsaumlnde-rungen fuumlhrenz B Propangas wird in Flaschen unter sehr hohen Druck gesetzt dadurch wird es dort fluumlssig
Kapitel 6 Waumlrmelehre
671 Schmelzen und ErstarrenVersuch
1 Liter Wasser mit 80degC und 1 kg Eis werden zusammengemischt Vgl Abb 111 Seite 17
Ergebnis
Es entstehen 2 kg Wasser mit einer Temperatur von 0degC
Wir berechnen die eingesetzte Waumlrmeenergie
Um Wasser von 0degC auf 80degC zu erwaumlrmen benoumltigen wir 80middot4187 kJ = 33496 kJ
Diese Waumlrme benoumltigen wir fuumlr das Schmelzen von 1kg Eis
Die Schmelzwaumlrme eines Stoffes ist jene Waumlrmeenergie die noumltig ist um 1kg eines Stoffes beim Schmelzpunkt vom festen in den fluumlssigen Zustand zu bringen
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Die Schmelzwaumlrme des Eises betraumlgt 335 kJkg
Diese Waumlrme ist im Vergleich zu anderen Stoffen ziemlich groszlig
Beim Uumlbergang vom fluumlssigen in den festen Zustand wird die Erstarrungswaumlrme freiDie Erstarrungswaumlrme ist gleich groszlig wie die Schmelzwaumlrme
Anwendung Frostbekaumlmpfung Lies B S 17 Abb 112
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Volumsaumlnderungen beim Schmelzen und Erstarren
Versuch1
Paraffin erstarren lassen rarr Es zieht sich zusammen
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Versuch2
Kaumlltemischung mit drei Teilen Eis und einem Teil Kochsalz herstellen Eine Eprouvette mit 10 cm Wassersaumlule langsam hineingeben
rarr Wasser erstarrt und dehnt sich um ca 111 des Volumens aus
Die meisten Stoffe dehnen sich beim Schmelzen aus und ziehen sich beim Erstarren zusammen
Ausnahme Wasser Das Wasser dehnt sich beim Gefrieren
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Bedeutung in der Natur Uumlberlege Aufgaben 111 bis 115 B S 18
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Loumlten und Schweiszligen
Lies Buch Seite 19
Metalle koumlnnen durch Loumlten bzw Schweiszligen miteinander verbunden werden
Kapitel 6 Waumlrmelehre
672 Anomalie des Wassers Die meisten Fluumlssigkeiten beanspruchen bei houmlherer Temperatur ein groumlszligeres Volumen (Sie dehnen sich aus vgl Fluumlssigkeitsthermometer)
degC
degC
4degC
0degC
Bei Wasser zeigt sich zwischen 0degC und 4degC ein anderes Verhalten
Versuch
Hohes Glas mit Wasser und zerkleinertem Eis gefuumlllt Gut mischen
2 Thermometer T1 taucht bis zum Boden ein T2 taucht bis zur schwimmenden Eisschicht ein
Ergebnis T1 zeigt 4degC T2 zeigt 0degC
Folgerung Das Wasser mit der groumlszligeren Dichte sammelt sich unten an
Wasser hat bei 4degC seine groumlszligte Dichte und sein kleinstes Volumen
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Hausuumlbung Abb 132 Seite 20 zeichnen (beide Bilder)Die Anomalie des Wassers hat eine groszlige Bedeutung fuumlr die Wasserlebewesen Wasser gefriert von oben zu Tiefe Gewaumlsser gefrieren nie bis zum Boden
Winter Sommer
Kapitel 6 Waumlrmelehre
673 Verdampfen Sieden Verdunsten
Sieden erfolgt bei einer ganz bestimmten Temperatur
Wh Wie haben wir die Temperatureinheit Grad Celsius festgelegt
Verdunsten erfolgt bei beliebiger Temperatur (Ist ein Vorgang an der Oberflaumlche der Fluumlssigkeit)
Wir haben gelernt Wasser siedet bei Normaldruck (1013 mbar) bei 100degC
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Gibt man Wasser in einen abgeschlossenen Topf und erhitzt es so siedet es erst bei houmlherer Temperatur
Grund Der Druck ist houmlher und erhoumlht damit den Siedepunkt
Anwendung Dampfdruckkochtopf (Schnellkochtopf) (Achtung Sicherheitsventil noumltig)Dort sieden die Speisen erst bei etwa 125 degC Dies hat den Vorteil dass die Speisen schneller gar werden (Lebenswichtige Vitamine und Mineralsalze bleiben erhalten)
Die Siedetemperatur haumlngt vom Druck ab Bei houmlherem Druck wird sie houmlher bei geringerem erniedrigt sie sich
Abhaumlngigkeit der Siedetemperatur vom Druck
Versuch Becherglas mit Wasser von Zimmertemperatur gefuumlllt unter Vakuumpumpe
Ergebnis Wasser siedet bei sehr kleinem Druck bereits bei Zimmertemperatur
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Die Verdampfungswaumlrme
Beim Sieden stellt man fest dass man beim Siedepunkt staumlndig Waumlrme zufuumlhrt ohne dass sich die Temperatur erhoumlht
Diese Waumlrmeenergie wird benoumltigt dass sich der Dampf ausdehnen kann Er benoumltigt ein viel groumlszligeres Volumen als die Fluumlssigkeit
(1 dmsup3 Wasser rarr 1700 dmsup3 Dampf) Zwischen den Dampfmolekuumllen herrschen fast keine Molekularkraumlfte
Die Verdampfungswaumlrme ist jene Waumlrmeenergie die noumltig ist um 1kg einer Fluumlssigkeit beim Siedepunkt in den dampffoumlrmigen Zustand zu bringen
Beim Verdunsten haben wir die Verdunstungskaumllte
Die Verdampfungswaumlrme des Wassers betraumlgt 2260 kJkg
Vergleiche Tabelle Buch S 22
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Versuch Uhrglas auf Korken mit Wassertropfen stellen In das Uhrglas ein paar Tropfen Aumlther gieszligen und rasch mit Geblaumlse zum Verdunsten bringen
Versuch Wattebausch in Spiritus oder Aumlther eintauchen und um ein Thermometer wickelnErgebnis Es kuumlhlt ab
Ergebnis Es bildet sich eine Eisschicht infolge der Verdunstungskaumllte
Aufgaben 141 bis 146 Buch Seite 22
Kapitel 6 Waumlrmelehre
674 Verfluumlssigung (Kondensation)Uumlbergang Gasfoumlrmig rarr fluumlssig
Dies wird durch Abkuumlhlen erreicht
Versuch Wir bringen in einem Kolben Wasser zum Sieden Den Wasserdampf leiten wir in ein Gefaumlszlig mit kaltem Wasser dessen Masse und Temperatur wir vorher bestimmt haben
Nach einer gewissen Zeit messen wir wieder die Temperatur des Wassers und die Masse
Die Masse hat nur wenig zugenommen die Temperatur verhaumlltnismaumlszligig viel
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Versuchsergebnis 3f Klasse (27 3 2008)m1 = 2724 g = 02724 kgt1 = 209 degCm2 = 2922 g = 02922 kgt2 = 352 degCmD = 00198 kg Masse des Wasserdampfs der kondensiert istΔT = 143 degC
Waumlrmemenge um m1 um ΔT zu erwaumlrmen
Q1 = 4187middot02724middot143 = 163097 J
Waumlrmemenge die der kondensierte Wasserdampf mD beim Abkuumlhlen von 100degC auf 352 degC abgegeben hat
Q2 = 4187middot00198middot648 = 53721 J ist viel weniger
Der groumlszligere Teil stammt von der Kondensationswaumlrme QK = 109376 J
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Destillieren
Als Destillieren bezeichnet man das Verdampfen einer Fluumlssigkeit und das anschlieszligende VerfluumlssigenDiese Methode kann verwendet werden um Fluumlssigkeitsgemische mit verschiedenem Siedepunkt zu trennen bzw zu reinigen
Beispiele Schnaps-Brennen Fraktionierte Destillation des Erdoumlls
Fuumlhre Aufgabe 151 B S 23 aus
Kapitel 6 Waumlrmelehre
675 Die Waumlrmepumpe
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Vorgaumlnge bei der Waumlrmepumpe 1 Verdampfen
Fluumlssiges Kaumlltemittel wird bei niederem Druck verdampft Die Verdampfungs-waumlrme wird der Umgebung entzogen (Grundwasser Fluss Erdreich Luft )
2 Verdichten Der Kompressor saugt das dampffoumlrmige Kaumlltemittel an und verdichtet es Dabei erwaumlrmt es sich bleibt aber dampffoumlrmig
3 Verfluumlssigen Der uumlberhitzte Dampf wird vom Verfluumlssiger abgekuumlhlt Dabei kondensiert das Kaumlltemittel und gibt die Kondensationswaumlrme ab Der Verfluumlssiger wird fuumlr den Heizkreislauf verwendet
4 Entspannen Das Expansionsventil gleicht den Druckunterschied aus Das jetzt wieder fluumlssige Kaumlltemittel gelangt in den Verdampfer zuruumlck
Vorgang 1 bis 4 wiederholt sich rarrKreisprozess
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Versuch
Wir erwaumlrmen 5 kg Wasser
Temperatur Elektrische Energie
vorher 25degC
nachher 50degC
∆T = 25degC 25degC 6394 Wh
Erhaltene Waumlrmeenergie Q = 41875 25 = 523375 J = 14538 Wh
Guumlteziffer Erhaltene Energie hineingesteckte EnergieGuumlteziffer = 145386394= 227
Das heiszligt Wir erhalten doppelt soviel wie wir hineingesteckt haben
Bei heutigen Waumlrmepumpen erzielen wir die Guumlteziffern von 4
Bemerkung Der Kuumlhlschrank ist eine umgekehrt betriebene Waumlrmepumpe
Kapitel 6 Waumlrmelehre
671 Schmelzen und ErstarrenVersuch
1 Liter Wasser mit 80degC und 1 kg Eis werden zusammengemischt Vgl Abb 111 Seite 17
Ergebnis
Es entstehen 2 kg Wasser mit einer Temperatur von 0degC
Wir berechnen die eingesetzte Waumlrmeenergie
Um Wasser von 0degC auf 80degC zu erwaumlrmen benoumltigen wir 80middot4187 kJ = 33496 kJ
Diese Waumlrme benoumltigen wir fuumlr das Schmelzen von 1kg Eis
Die Schmelzwaumlrme eines Stoffes ist jene Waumlrmeenergie die noumltig ist um 1kg eines Stoffes beim Schmelzpunkt vom festen in den fluumlssigen Zustand zu bringen
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Die Schmelzwaumlrme des Eises betraumlgt 335 kJkg
Diese Waumlrme ist im Vergleich zu anderen Stoffen ziemlich groszlig
Beim Uumlbergang vom fluumlssigen in den festen Zustand wird die Erstarrungswaumlrme freiDie Erstarrungswaumlrme ist gleich groszlig wie die Schmelzwaumlrme
Anwendung Frostbekaumlmpfung Lies B S 17 Abb 112
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Volumsaumlnderungen beim Schmelzen und Erstarren
Versuch1
Paraffin erstarren lassen rarr Es zieht sich zusammen
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Versuch2
Kaumlltemischung mit drei Teilen Eis und einem Teil Kochsalz herstellen Eine Eprouvette mit 10 cm Wassersaumlule langsam hineingeben
rarr Wasser erstarrt und dehnt sich um ca 111 des Volumens aus
Die meisten Stoffe dehnen sich beim Schmelzen aus und ziehen sich beim Erstarren zusammen
Ausnahme Wasser Das Wasser dehnt sich beim Gefrieren
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Bedeutung in der Natur Uumlberlege Aufgaben 111 bis 115 B S 18
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Loumlten und Schweiszligen
Lies Buch Seite 19
Metalle koumlnnen durch Loumlten bzw Schweiszligen miteinander verbunden werden
Kapitel 6 Waumlrmelehre
672 Anomalie des Wassers Die meisten Fluumlssigkeiten beanspruchen bei houmlherer Temperatur ein groumlszligeres Volumen (Sie dehnen sich aus vgl Fluumlssigkeitsthermometer)
degC
degC
4degC
0degC
Bei Wasser zeigt sich zwischen 0degC und 4degC ein anderes Verhalten
Versuch
Hohes Glas mit Wasser und zerkleinertem Eis gefuumlllt Gut mischen
2 Thermometer T1 taucht bis zum Boden ein T2 taucht bis zur schwimmenden Eisschicht ein
Ergebnis T1 zeigt 4degC T2 zeigt 0degC
Folgerung Das Wasser mit der groumlszligeren Dichte sammelt sich unten an
Wasser hat bei 4degC seine groumlszligte Dichte und sein kleinstes Volumen
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Hausuumlbung Abb 132 Seite 20 zeichnen (beide Bilder)Die Anomalie des Wassers hat eine groszlige Bedeutung fuumlr die Wasserlebewesen Wasser gefriert von oben zu Tiefe Gewaumlsser gefrieren nie bis zum Boden
Winter Sommer
Kapitel 6 Waumlrmelehre
673 Verdampfen Sieden Verdunsten
Sieden erfolgt bei einer ganz bestimmten Temperatur
Wh Wie haben wir die Temperatureinheit Grad Celsius festgelegt
Verdunsten erfolgt bei beliebiger Temperatur (Ist ein Vorgang an der Oberflaumlche der Fluumlssigkeit)
Wir haben gelernt Wasser siedet bei Normaldruck (1013 mbar) bei 100degC
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Gibt man Wasser in einen abgeschlossenen Topf und erhitzt es so siedet es erst bei houmlherer Temperatur
Grund Der Druck ist houmlher und erhoumlht damit den Siedepunkt
Anwendung Dampfdruckkochtopf (Schnellkochtopf) (Achtung Sicherheitsventil noumltig)Dort sieden die Speisen erst bei etwa 125 degC Dies hat den Vorteil dass die Speisen schneller gar werden (Lebenswichtige Vitamine und Mineralsalze bleiben erhalten)
Die Siedetemperatur haumlngt vom Druck ab Bei houmlherem Druck wird sie houmlher bei geringerem erniedrigt sie sich
Abhaumlngigkeit der Siedetemperatur vom Druck
Versuch Becherglas mit Wasser von Zimmertemperatur gefuumlllt unter Vakuumpumpe
Ergebnis Wasser siedet bei sehr kleinem Druck bereits bei Zimmertemperatur
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Die Verdampfungswaumlrme
Beim Sieden stellt man fest dass man beim Siedepunkt staumlndig Waumlrme zufuumlhrt ohne dass sich die Temperatur erhoumlht
Diese Waumlrmeenergie wird benoumltigt dass sich der Dampf ausdehnen kann Er benoumltigt ein viel groumlszligeres Volumen als die Fluumlssigkeit
(1 dmsup3 Wasser rarr 1700 dmsup3 Dampf) Zwischen den Dampfmolekuumllen herrschen fast keine Molekularkraumlfte
Die Verdampfungswaumlrme ist jene Waumlrmeenergie die noumltig ist um 1kg einer Fluumlssigkeit beim Siedepunkt in den dampffoumlrmigen Zustand zu bringen
Beim Verdunsten haben wir die Verdunstungskaumllte
Die Verdampfungswaumlrme des Wassers betraumlgt 2260 kJkg
Vergleiche Tabelle Buch S 22
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Versuch Uhrglas auf Korken mit Wassertropfen stellen In das Uhrglas ein paar Tropfen Aumlther gieszligen und rasch mit Geblaumlse zum Verdunsten bringen
Versuch Wattebausch in Spiritus oder Aumlther eintauchen und um ein Thermometer wickelnErgebnis Es kuumlhlt ab
Ergebnis Es bildet sich eine Eisschicht infolge der Verdunstungskaumllte
Aufgaben 141 bis 146 Buch Seite 22
Kapitel 6 Waumlrmelehre
674 Verfluumlssigung (Kondensation)Uumlbergang Gasfoumlrmig rarr fluumlssig
Dies wird durch Abkuumlhlen erreicht
Versuch Wir bringen in einem Kolben Wasser zum Sieden Den Wasserdampf leiten wir in ein Gefaumlszlig mit kaltem Wasser dessen Masse und Temperatur wir vorher bestimmt haben
Nach einer gewissen Zeit messen wir wieder die Temperatur des Wassers und die Masse
Die Masse hat nur wenig zugenommen die Temperatur verhaumlltnismaumlszligig viel
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Versuchsergebnis 3f Klasse (27 3 2008)m1 = 2724 g = 02724 kgt1 = 209 degCm2 = 2922 g = 02922 kgt2 = 352 degCmD = 00198 kg Masse des Wasserdampfs der kondensiert istΔT = 143 degC
Waumlrmemenge um m1 um ΔT zu erwaumlrmen
Q1 = 4187middot02724middot143 = 163097 J
Waumlrmemenge die der kondensierte Wasserdampf mD beim Abkuumlhlen von 100degC auf 352 degC abgegeben hat
Q2 = 4187middot00198middot648 = 53721 J ist viel weniger
Der groumlszligere Teil stammt von der Kondensationswaumlrme QK = 109376 J
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Destillieren
Als Destillieren bezeichnet man das Verdampfen einer Fluumlssigkeit und das anschlieszligende VerfluumlssigenDiese Methode kann verwendet werden um Fluumlssigkeitsgemische mit verschiedenem Siedepunkt zu trennen bzw zu reinigen
Beispiele Schnaps-Brennen Fraktionierte Destillation des Erdoumlls
Fuumlhre Aufgabe 151 B S 23 aus
Kapitel 6 Waumlrmelehre
675 Die Waumlrmepumpe
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Vorgaumlnge bei der Waumlrmepumpe 1 Verdampfen
Fluumlssiges Kaumlltemittel wird bei niederem Druck verdampft Die Verdampfungs-waumlrme wird der Umgebung entzogen (Grundwasser Fluss Erdreich Luft )
2 Verdichten Der Kompressor saugt das dampffoumlrmige Kaumlltemittel an und verdichtet es Dabei erwaumlrmt es sich bleibt aber dampffoumlrmig
3 Verfluumlssigen Der uumlberhitzte Dampf wird vom Verfluumlssiger abgekuumlhlt Dabei kondensiert das Kaumlltemittel und gibt die Kondensationswaumlrme ab Der Verfluumlssiger wird fuumlr den Heizkreislauf verwendet
4 Entspannen Das Expansionsventil gleicht den Druckunterschied aus Das jetzt wieder fluumlssige Kaumlltemittel gelangt in den Verdampfer zuruumlck
Vorgang 1 bis 4 wiederholt sich rarrKreisprozess
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Versuch
Wir erwaumlrmen 5 kg Wasser
Temperatur Elektrische Energie
vorher 25degC
nachher 50degC
∆T = 25degC 25degC 6394 Wh
Erhaltene Waumlrmeenergie Q = 41875 25 = 523375 J = 14538 Wh
Guumlteziffer Erhaltene Energie hineingesteckte EnergieGuumlteziffer = 145386394= 227
Das heiszligt Wir erhalten doppelt soviel wie wir hineingesteckt haben
Bei heutigen Waumlrmepumpen erzielen wir die Guumlteziffern von 4
Bemerkung Der Kuumlhlschrank ist eine umgekehrt betriebene Waumlrmepumpe
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Die Schmelzwaumlrme des Eises betraumlgt 335 kJkg
Diese Waumlrme ist im Vergleich zu anderen Stoffen ziemlich groszlig
Beim Uumlbergang vom fluumlssigen in den festen Zustand wird die Erstarrungswaumlrme freiDie Erstarrungswaumlrme ist gleich groszlig wie die Schmelzwaumlrme
Anwendung Frostbekaumlmpfung Lies B S 17 Abb 112
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Volumsaumlnderungen beim Schmelzen und Erstarren
Versuch1
Paraffin erstarren lassen rarr Es zieht sich zusammen
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Versuch2
Kaumlltemischung mit drei Teilen Eis und einem Teil Kochsalz herstellen Eine Eprouvette mit 10 cm Wassersaumlule langsam hineingeben
rarr Wasser erstarrt und dehnt sich um ca 111 des Volumens aus
Die meisten Stoffe dehnen sich beim Schmelzen aus und ziehen sich beim Erstarren zusammen
Ausnahme Wasser Das Wasser dehnt sich beim Gefrieren
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Bedeutung in der Natur Uumlberlege Aufgaben 111 bis 115 B S 18
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Loumlten und Schweiszligen
Lies Buch Seite 19
Metalle koumlnnen durch Loumlten bzw Schweiszligen miteinander verbunden werden
Kapitel 6 Waumlrmelehre
672 Anomalie des Wassers Die meisten Fluumlssigkeiten beanspruchen bei houmlherer Temperatur ein groumlszligeres Volumen (Sie dehnen sich aus vgl Fluumlssigkeitsthermometer)
degC
degC
4degC
0degC
Bei Wasser zeigt sich zwischen 0degC und 4degC ein anderes Verhalten
Versuch
Hohes Glas mit Wasser und zerkleinertem Eis gefuumlllt Gut mischen
2 Thermometer T1 taucht bis zum Boden ein T2 taucht bis zur schwimmenden Eisschicht ein
Ergebnis T1 zeigt 4degC T2 zeigt 0degC
Folgerung Das Wasser mit der groumlszligeren Dichte sammelt sich unten an
Wasser hat bei 4degC seine groumlszligte Dichte und sein kleinstes Volumen
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Hausuumlbung Abb 132 Seite 20 zeichnen (beide Bilder)Die Anomalie des Wassers hat eine groszlige Bedeutung fuumlr die Wasserlebewesen Wasser gefriert von oben zu Tiefe Gewaumlsser gefrieren nie bis zum Boden
Winter Sommer
Kapitel 6 Waumlrmelehre
673 Verdampfen Sieden Verdunsten
Sieden erfolgt bei einer ganz bestimmten Temperatur
Wh Wie haben wir die Temperatureinheit Grad Celsius festgelegt
Verdunsten erfolgt bei beliebiger Temperatur (Ist ein Vorgang an der Oberflaumlche der Fluumlssigkeit)
Wir haben gelernt Wasser siedet bei Normaldruck (1013 mbar) bei 100degC
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Gibt man Wasser in einen abgeschlossenen Topf und erhitzt es so siedet es erst bei houmlherer Temperatur
Grund Der Druck ist houmlher und erhoumlht damit den Siedepunkt
Anwendung Dampfdruckkochtopf (Schnellkochtopf) (Achtung Sicherheitsventil noumltig)Dort sieden die Speisen erst bei etwa 125 degC Dies hat den Vorteil dass die Speisen schneller gar werden (Lebenswichtige Vitamine und Mineralsalze bleiben erhalten)
Die Siedetemperatur haumlngt vom Druck ab Bei houmlherem Druck wird sie houmlher bei geringerem erniedrigt sie sich
Abhaumlngigkeit der Siedetemperatur vom Druck
Versuch Becherglas mit Wasser von Zimmertemperatur gefuumlllt unter Vakuumpumpe
Ergebnis Wasser siedet bei sehr kleinem Druck bereits bei Zimmertemperatur
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Die Verdampfungswaumlrme
Beim Sieden stellt man fest dass man beim Siedepunkt staumlndig Waumlrme zufuumlhrt ohne dass sich die Temperatur erhoumlht
Diese Waumlrmeenergie wird benoumltigt dass sich der Dampf ausdehnen kann Er benoumltigt ein viel groumlszligeres Volumen als die Fluumlssigkeit
(1 dmsup3 Wasser rarr 1700 dmsup3 Dampf) Zwischen den Dampfmolekuumllen herrschen fast keine Molekularkraumlfte
Die Verdampfungswaumlrme ist jene Waumlrmeenergie die noumltig ist um 1kg einer Fluumlssigkeit beim Siedepunkt in den dampffoumlrmigen Zustand zu bringen
Beim Verdunsten haben wir die Verdunstungskaumllte
Die Verdampfungswaumlrme des Wassers betraumlgt 2260 kJkg
Vergleiche Tabelle Buch S 22
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Versuch Uhrglas auf Korken mit Wassertropfen stellen In das Uhrglas ein paar Tropfen Aumlther gieszligen und rasch mit Geblaumlse zum Verdunsten bringen
Versuch Wattebausch in Spiritus oder Aumlther eintauchen und um ein Thermometer wickelnErgebnis Es kuumlhlt ab
Ergebnis Es bildet sich eine Eisschicht infolge der Verdunstungskaumllte
Aufgaben 141 bis 146 Buch Seite 22
Kapitel 6 Waumlrmelehre
674 Verfluumlssigung (Kondensation)Uumlbergang Gasfoumlrmig rarr fluumlssig
Dies wird durch Abkuumlhlen erreicht
Versuch Wir bringen in einem Kolben Wasser zum Sieden Den Wasserdampf leiten wir in ein Gefaumlszlig mit kaltem Wasser dessen Masse und Temperatur wir vorher bestimmt haben
Nach einer gewissen Zeit messen wir wieder die Temperatur des Wassers und die Masse
Die Masse hat nur wenig zugenommen die Temperatur verhaumlltnismaumlszligig viel
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Versuchsergebnis 3f Klasse (27 3 2008)m1 = 2724 g = 02724 kgt1 = 209 degCm2 = 2922 g = 02922 kgt2 = 352 degCmD = 00198 kg Masse des Wasserdampfs der kondensiert istΔT = 143 degC
Waumlrmemenge um m1 um ΔT zu erwaumlrmen
Q1 = 4187middot02724middot143 = 163097 J
Waumlrmemenge die der kondensierte Wasserdampf mD beim Abkuumlhlen von 100degC auf 352 degC abgegeben hat
Q2 = 4187middot00198middot648 = 53721 J ist viel weniger
Der groumlszligere Teil stammt von der Kondensationswaumlrme QK = 109376 J
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Destillieren
Als Destillieren bezeichnet man das Verdampfen einer Fluumlssigkeit und das anschlieszligende VerfluumlssigenDiese Methode kann verwendet werden um Fluumlssigkeitsgemische mit verschiedenem Siedepunkt zu trennen bzw zu reinigen
Beispiele Schnaps-Brennen Fraktionierte Destillation des Erdoumlls
Fuumlhre Aufgabe 151 B S 23 aus
Kapitel 6 Waumlrmelehre
675 Die Waumlrmepumpe
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Vorgaumlnge bei der Waumlrmepumpe 1 Verdampfen
Fluumlssiges Kaumlltemittel wird bei niederem Druck verdampft Die Verdampfungs-waumlrme wird der Umgebung entzogen (Grundwasser Fluss Erdreich Luft )
2 Verdichten Der Kompressor saugt das dampffoumlrmige Kaumlltemittel an und verdichtet es Dabei erwaumlrmt es sich bleibt aber dampffoumlrmig
3 Verfluumlssigen Der uumlberhitzte Dampf wird vom Verfluumlssiger abgekuumlhlt Dabei kondensiert das Kaumlltemittel und gibt die Kondensationswaumlrme ab Der Verfluumlssiger wird fuumlr den Heizkreislauf verwendet
4 Entspannen Das Expansionsventil gleicht den Druckunterschied aus Das jetzt wieder fluumlssige Kaumlltemittel gelangt in den Verdampfer zuruumlck
Vorgang 1 bis 4 wiederholt sich rarrKreisprozess
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Versuch
Wir erwaumlrmen 5 kg Wasser
Temperatur Elektrische Energie
vorher 25degC
nachher 50degC
∆T = 25degC 25degC 6394 Wh
Erhaltene Waumlrmeenergie Q = 41875 25 = 523375 J = 14538 Wh
Guumlteziffer Erhaltene Energie hineingesteckte EnergieGuumlteziffer = 145386394= 227
Das heiszligt Wir erhalten doppelt soviel wie wir hineingesteckt haben
Bei heutigen Waumlrmepumpen erzielen wir die Guumlteziffern von 4
Bemerkung Der Kuumlhlschrank ist eine umgekehrt betriebene Waumlrmepumpe
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Volumsaumlnderungen beim Schmelzen und Erstarren
Versuch1
Paraffin erstarren lassen rarr Es zieht sich zusammen
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Versuch2
Kaumlltemischung mit drei Teilen Eis und einem Teil Kochsalz herstellen Eine Eprouvette mit 10 cm Wassersaumlule langsam hineingeben
rarr Wasser erstarrt und dehnt sich um ca 111 des Volumens aus
Die meisten Stoffe dehnen sich beim Schmelzen aus und ziehen sich beim Erstarren zusammen
Ausnahme Wasser Das Wasser dehnt sich beim Gefrieren
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Bedeutung in der Natur Uumlberlege Aufgaben 111 bis 115 B S 18
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Loumlten und Schweiszligen
Lies Buch Seite 19
Metalle koumlnnen durch Loumlten bzw Schweiszligen miteinander verbunden werden
Kapitel 6 Waumlrmelehre
672 Anomalie des Wassers Die meisten Fluumlssigkeiten beanspruchen bei houmlherer Temperatur ein groumlszligeres Volumen (Sie dehnen sich aus vgl Fluumlssigkeitsthermometer)
degC
degC
4degC
0degC
Bei Wasser zeigt sich zwischen 0degC und 4degC ein anderes Verhalten
Versuch
Hohes Glas mit Wasser und zerkleinertem Eis gefuumlllt Gut mischen
2 Thermometer T1 taucht bis zum Boden ein T2 taucht bis zur schwimmenden Eisschicht ein
Ergebnis T1 zeigt 4degC T2 zeigt 0degC
Folgerung Das Wasser mit der groumlszligeren Dichte sammelt sich unten an
Wasser hat bei 4degC seine groumlszligte Dichte und sein kleinstes Volumen
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Hausuumlbung Abb 132 Seite 20 zeichnen (beide Bilder)Die Anomalie des Wassers hat eine groszlige Bedeutung fuumlr die Wasserlebewesen Wasser gefriert von oben zu Tiefe Gewaumlsser gefrieren nie bis zum Boden
Winter Sommer
Kapitel 6 Waumlrmelehre
673 Verdampfen Sieden Verdunsten
Sieden erfolgt bei einer ganz bestimmten Temperatur
Wh Wie haben wir die Temperatureinheit Grad Celsius festgelegt
Verdunsten erfolgt bei beliebiger Temperatur (Ist ein Vorgang an der Oberflaumlche der Fluumlssigkeit)
Wir haben gelernt Wasser siedet bei Normaldruck (1013 mbar) bei 100degC
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Gibt man Wasser in einen abgeschlossenen Topf und erhitzt es so siedet es erst bei houmlherer Temperatur
Grund Der Druck ist houmlher und erhoumlht damit den Siedepunkt
Anwendung Dampfdruckkochtopf (Schnellkochtopf) (Achtung Sicherheitsventil noumltig)Dort sieden die Speisen erst bei etwa 125 degC Dies hat den Vorteil dass die Speisen schneller gar werden (Lebenswichtige Vitamine und Mineralsalze bleiben erhalten)
Die Siedetemperatur haumlngt vom Druck ab Bei houmlherem Druck wird sie houmlher bei geringerem erniedrigt sie sich
Abhaumlngigkeit der Siedetemperatur vom Druck
Versuch Becherglas mit Wasser von Zimmertemperatur gefuumlllt unter Vakuumpumpe
Ergebnis Wasser siedet bei sehr kleinem Druck bereits bei Zimmertemperatur
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Die Verdampfungswaumlrme
Beim Sieden stellt man fest dass man beim Siedepunkt staumlndig Waumlrme zufuumlhrt ohne dass sich die Temperatur erhoumlht
Diese Waumlrmeenergie wird benoumltigt dass sich der Dampf ausdehnen kann Er benoumltigt ein viel groumlszligeres Volumen als die Fluumlssigkeit
(1 dmsup3 Wasser rarr 1700 dmsup3 Dampf) Zwischen den Dampfmolekuumllen herrschen fast keine Molekularkraumlfte
Die Verdampfungswaumlrme ist jene Waumlrmeenergie die noumltig ist um 1kg einer Fluumlssigkeit beim Siedepunkt in den dampffoumlrmigen Zustand zu bringen
Beim Verdunsten haben wir die Verdunstungskaumllte
Die Verdampfungswaumlrme des Wassers betraumlgt 2260 kJkg
Vergleiche Tabelle Buch S 22
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Versuch Uhrglas auf Korken mit Wassertropfen stellen In das Uhrglas ein paar Tropfen Aumlther gieszligen und rasch mit Geblaumlse zum Verdunsten bringen
Versuch Wattebausch in Spiritus oder Aumlther eintauchen und um ein Thermometer wickelnErgebnis Es kuumlhlt ab
Ergebnis Es bildet sich eine Eisschicht infolge der Verdunstungskaumllte
Aufgaben 141 bis 146 Buch Seite 22
Kapitel 6 Waumlrmelehre
674 Verfluumlssigung (Kondensation)Uumlbergang Gasfoumlrmig rarr fluumlssig
Dies wird durch Abkuumlhlen erreicht
Versuch Wir bringen in einem Kolben Wasser zum Sieden Den Wasserdampf leiten wir in ein Gefaumlszlig mit kaltem Wasser dessen Masse und Temperatur wir vorher bestimmt haben
Nach einer gewissen Zeit messen wir wieder die Temperatur des Wassers und die Masse
Die Masse hat nur wenig zugenommen die Temperatur verhaumlltnismaumlszligig viel
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Versuchsergebnis 3f Klasse (27 3 2008)m1 = 2724 g = 02724 kgt1 = 209 degCm2 = 2922 g = 02922 kgt2 = 352 degCmD = 00198 kg Masse des Wasserdampfs der kondensiert istΔT = 143 degC
Waumlrmemenge um m1 um ΔT zu erwaumlrmen
Q1 = 4187middot02724middot143 = 163097 J
Waumlrmemenge die der kondensierte Wasserdampf mD beim Abkuumlhlen von 100degC auf 352 degC abgegeben hat
Q2 = 4187middot00198middot648 = 53721 J ist viel weniger
Der groumlszligere Teil stammt von der Kondensationswaumlrme QK = 109376 J
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Destillieren
Als Destillieren bezeichnet man das Verdampfen einer Fluumlssigkeit und das anschlieszligende VerfluumlssigenDiese Methode kann verwendet werden um Fluumlssigkeitsgemische mit verschiedenem Siedepunkt zu trennen bzw zu reinigen
Beispiele Schnaps-Brennen Fraktionierte Destillation des Erdoumlls
Fuumlhre Aufgabe 151 B S 23 aus
Kapitel 6 Waumlrmelehre
675 Die Waumlrmepumpe
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Vorgaumlnge bei der Waumlrmepumpe 1 Verdampfen
Fluumlssiges Kaumlltemittel wird bei niederem Druck verdampft Die Verdampfungs-waumlrme wird der Umgebung entzogen (Grundwasser Fluss Erdreich Luft )
2 Verdichten Der Kompressor saugt das dampffoumlrmige Kaumlltemittel an und verdichtet es Dabei erwaumlrmt es sich bleibt aber dampffoumlrmig
3 Verfluumlssigen Der uumlberhitzte Dampf wird vom Verfluumlssiger abgekuumlhlt Dabei kondensiert das Kaumlltemittel und gibt die Kondensationswaumlrme ab Der Verfluumlssiger wird fuumlr den Heizkreislauf verwendet
4 Entspannen Das Expansionsventil gleicht den Druckunterschied aus Das jetzt wieder fluumlssige Kaumlltemittel gelangt in den Verdampfer zuruumlck
Vorgang 1 bis 4 wiederholt sich rarrKreisprozess
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Versuch
Wir erwaumlrmen 5 kg Wasser
Temperatur Elektrische Energie
vorher 25degC
nachher 50degC
∆T = 25degC 25degC 6394 Wh
Erhaltene Waumlrmeenergie Q = 41875 25 = 523375 J = 14538 Wh
Guumlteziffer Erhaltene Energie hineingesteckte EnergieGuumlteziffer = 145386394= 227
Das heiszligt Wir erhalten doppelt soviel wie wir hineingesteckt haben
Bei heutigen Waumlrmepumpen erzielen wir die Guumlteziffern von 4
Bemerkung Der Kuumlhlschrank ist eine umgekehrt betriebene Waumlrmepumpe
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Versuch2
Kaumlltemischung mit drei Teilen Eis und einem Teil Kochsalz herstellen Eine Eprouvette mit 10 cm Wassersaumlule langsam hineingeben
rarr Wasser erstarrt und dehnt sich um ca 111 des Volumens aus
Die meisten Stoffe dehnen sich beim Schmelzen aus und ziehen sich beim Erstarren zusammen
Ausnahme Wasser Das Wasser dehnt sich beim Gefrieren
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Bedeutung in der Natur Uumlberlege Aufgaben 111 bis 115 B S 18
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Loumlten und Schweiszligen
Lies Buch Seite 19
Metalle koumlnnen durch Loumlten bzw Schweiszligen miteinander verbunden werden
Kapitel 6 Waumlrmelehre
672 Anomalie des Wassers Die meisten Fluumlssigkeiten beanspruchen bei houmlherer Temperatur ein groumlszligeres Volumen (Sie dehnen sich aus vgl Fluumlssigkeitsthermometer)
degC
degC
4degC
0degC
Bei Wasser zeigt sich zwischen 0degC und 4degC ein anderes Verhalten
Versuch
Hohes Glas mit Wasser und zerkleinertem Eis gefuumlllt Gut mischen
2 Thermometer T1 taucht bis zum Boden ein T2 taucht bis zur schwimmenden Eisschicht ein
Ergebnis T1 zeigt 4degC T2 zeigt 0degC
Folgerung Das Wasser mit der groumlszligeren Dichte sammelt sich unten an
Wasser hat bei 4degC seine groumlszligte Dichte und sein kleinstes Volumen
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Hausuumlbung Abb 132 Seite 20 zeichnen (beide Bilder)Die Anomalie des Wassers hat eine groszlige Bedeutung fuumlr die Wasserlebewesen Wasser gefriert von oben zu Tiefe Gewaumlsser gefrieren nie bis zum Boden
Winter Sommer
Kapitel 6 Waumlrmelehre
673 Verdampfen Sieden Verdunsten
Sieden erfolgt bei einer ganz bestimmten Temperatur
Wh Wie haben wir die Temperatureinheit Grad Celsius festgelegt
Verdunsten erfolgt bei beliebiger Temperatur (Ist ein Vorgang an der Oberflaumlche der Fluumlssigkeit)
Wir haben gelernt Wasser siedet bei Normaldruck (1013 mbar) bei 100degC
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Gibt man Wasser in einen abgeschlossenen Topf und erhitzt es so siedet es erst bei houmlherer Temperatur
Grund Der Druck ist houmlher und erhoumlht damit den Siedepunkt
Anwendung Dampfdruckkochtopf (Schnellkochtopf) (Achtung Sicherheitsventil noumltig)Dort sieden die Speisen erst bei etwa 125 degC Dies hat den Vorteil dass die Speisen schneller gar werden (Lebenswichtige Vitamine und Mineralsalze bleiben erhalten)
Die Siedetemperatur haumlngt vom Druck ab Bei houmlherem Druck wird sie houmlher bei geringerem erniedrigt sie sich
Abhaumlngigkeit der Siedetemperatur vom Druck
Versuch Becherglas mit Wasser von Zimmertemperatur gefuumlllt unter Vakuumpumpe
Ergebnis Wasser siedet bei sehr kleinem Druck bereits bei Zimmertemperatur
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Die Verdampfungswaumlrme
Beim Sieden stellt man fest dass man beim Siedepunkt staumlndig Waumlrme zufuumlhrt ohne dass sich die Temperatur erhoumlht
Diese Waumlrmeenergie wird benoumltigt dass sich der Dampf ausdehnen kann Er benoumltigt ein viel groumlszligeres Volumen als die Fluumlssigkeit
(1 dmsup3 Wasser rarr 1700 dmsup3 Dampf) Zwischen den Dampfmolekuumllen herrschen fast keine Molekularkraumlfte
Die Verdampfungswaumlrme ist jene Waumlrmeenergie die noumltig ist um 1kg einer Fluumlssigkeit beim Siedepunkt in den dampffoumlrmigen Zustand zu bringen
Beim Verdunsten haben wir die Verdunstungskaumllte
Die Verdampfungswaumlrme des Wassers betraumlgt 2260 kJkg
Vergleiche Tabelle Buch S 22
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Versuch Uhrglas auf Korken mit Wassertropfen stellen In das Uhrglas ein paar Tropfen Aumlther gieszligen und rasch mit Geblaumlse zum Verdunsten bringen
Versuch Wattebausch in Spiritus oder Aumlther eintauchen und um ein Thermometer wickelnErgebnis Es kuumlhlt ab
Ergebnis Es bildet sich eine Eisschicht infolge der Verdunstungskaumllte
Aufgaben 141 bis 146 Buch Seite 22
Kapitel 6 Waumlrmelehre
674 Verfluumlssigung (Kondensation)Uumlbergang Gasfoumlrmig rarr fluumlssig
Dies wird durch Abkuumlhlen erreicht
Versuch Wir bringen in einem Kolben Wasser zum Sieden Den Wasserdampf leiten wir in ein Gefaumlszlig mit kaltem Wasser dessen Masse und Temperatur wir vorher bestimmt haben
Nach einer gewissen Zeit messen wir wieder die Temperatur des Wassers und die Masse
Die Masse hat nur wenig zugenommen die Temperatur verhaumlltnismaumlszligig viel
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Versuchsergebnis 3f Klasse (27 3 2008)m1 = 2724 g = 02724 kgt1 = 209 degCm2 = 2922 g = 02922 kgt2 = 352 degCmD = 00198 kg Masse des Wasserdampfs der kondensiert istΔT = 143 degC
Waumlrmemenge um m1 um ΔT zu erwaumlrmen
Q1 = 4187middot02724middot143 = 163097 J
Waumlrmemenge die der kondensierte Wasserdampf mD beim Abkuumlhlen von 100degC auf 352 degC abgegeben hat
Q2 = 4187middot00198middot648 = 53721 J ist viel weniger
Der groumlszligere Teil stammt von der Kondensationswaumlrme QK = 109376 J
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Destillieren
Als Destillieren bezeichnet man das Verdampfen einer Fluumlssigkeit und das anschlieszligende VerfluumlssigenDiese Methode kann verwendet werden um Fluumlssigkeitsgemische mit verschiedenem Siedepunkt zu trennen bzw zu reinigen
Beispiele Schnaps-Brennen Fraktionierte Destillation des Erdoumlls
Fuumlhre Aufgabe 151 B S 23 aus
Kapitel 6 Waumlrmelehre
675 Die Waumlrmepumpe
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Vorgaumlnge bei der Waumlrmepumpe 1 Verdampfen
Fluumlssiges Kaumlltemittel wird bei niederem Druck verdampft Die Verdampfungs-waumlrme wird der Umgebung entzogen (Grundwasser Fluss Erdreich Luft )
2 Verdichten Der Kompressor saugt das dampffoumlrmige Kaumlltemittel an und verdichtet es Dabei erwaumlrmt es sich bleibt aber dampffoumlrmig
3 Verfluumlssigen Der uumlberhitzte Dampf wird vom Verfluumlssiger abgekuumlhlt Dabei kondensiert das Kaumlltemittel und gibt die Kondensationswaumlrme ab Der Verfluumlssiger wird fuumlr den Heizkreislauf verwendet
4 Entspannen Das Expansionsventil gleicht den Druckunterschied aus Das jetzt wieder fluumlssige Kaumlltemittel gelangt in den Verdampfer zuruumlck
Vorgang 1 bis 4 wiederholt sich rarrKreisprozess
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Versuch
Wir erwaumlrmen 5 kg Wasser
Temperatur Elektrische Energie
vorher 25degC
nachher 50degC
∆T = 25degC 25degC 6394 Wh
Erhaltene Waumlrmeenergie Q = 41875 25 = 523375 J = 14538 Wh
Guumlteziffer Erhaltene Energie hineingesteckte EnergieGuumlteziffer = 145386394= 227
Das heiszligt Wir erhalten doppelt soviel wie wir hineingesteckt haben
Bei heutigen Waumlrmepumpen erzielen wir die Guumlteziffern von 4
Bemerkung Der Kuumlhlschrank ist eine umgekehrt betriebene Waumlrmepumpe
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Bedeutung in der Natur Uumlberlege Aufgaben 111 bis 115 B S 18
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Loumlten und Schweiszligen
Lies Buch Seite 19
Metalle koumlnnen durch Loumlten bzw Schweiszligen miteinander verbunden werden
Kapitel 6 Waumlrmelehre
672 Anomalie des Wassers Die meisten Fluumlssigkeiten beanspruchen bei houmlherer Temperatur ein groumlszligeres Volumen (Sie dehnen sich aus vgl Fluumlssigkeitsthermometer)
degC
degC
4degC
0degC
Bei Wasser zeigt sich zwischen 0degC und 4degC ein anderes Verhalten
Versuch
Hohes Glas mit Wasser und zerkleinertem Eis gefuumlllt Gut mischen
2 Thermometer T1 taucht bis zum Boden ein T2 taucht bis zur schwimmenden Eisschicht ein
Ergebnis T1 zeigt 4degC T2 zeigt 0degC
Folgerung Das Wasser mit der groumlszligeren Dichte sammelt sich unten an
Wasser hat bei 4degC seine groumlszligte Dichte und sein kleinstes Volumen
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Hausuumlbung Abb 132 Seite 20 zeichnen (beide Bilder)Die Anomalie des Wassers hat eine groszlige Bedeutung fuumlr die Wasserlebewesen Wasser gefriert von oben zu Tiefe Gewaumlsser gefrieren nie bis zum Boden
Winter Sommer
Kapitel 6 Waumlrmelehre
673 Verdampfen Sieden Verdunsten
Sieden erfolgt bei einer ganz bestimmten Temperatur
Wh Wie haben wir die Temperatureinheit Grad Celsius festgelegt
Verdunsten erfolgt bei beliebiger Temperatur (Ist ein Vorgang an der Oberflaumlche der Fluumlssigkeit)
Wir haben gelernt Wasser siedet bei Normaldruck (1013 mbar) bei 100degC
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Gibt man Wasser in einen abgeschlossenen Topf und erhitzt es so siedet es erst bei houmlherer Temperatur
Grund Der Druck ist houmlher und erhoumlht damit den Siedepunkt
Anwendung Dampfdruckkochtopf (Schnellkochtopf) (Achtung Sicherheitsventil noumltig)Dort sieden die Speisen erst bei etwa 125 degC Dies hat den Vorteil dass die Speisen schneller gar werden (Lebenswichtige Vitamine und Mineralsalze bleiben erhalten)
Die Siedetemperatur haumlngt vom Druck ab Bei houmlherem Druck wird sie houmlher bei geringerem erniedrigt sie sich
Abhaumlngigkeit der Siedetemperatur vom Druck
Versuch Becherglas mit Wasser von Zimmertemperatur gefuumlllt unter Vakuumpumpe
Ergebnis Wasser siedet bei sehr kleinem Druck bereits bei Zimmertemperatur
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Die Verdampfungswaumlrme
Beim Sieden stellt man fest dass man beim Siedepunkt staumlndig Waumlrme zufuumlhrt ohne dass sich die Temperatur erhoumlht
Diese Waumlrmeenergie wird benoumltigt dass sich der Dampf ausdehnen kann Er benoumltigt ein viel groumlszligeres Volumen als die Fluumlssigkeit
(1 dmsup3 Wasser rarr 1700 dmsup3 Dampf) Zwischen den Dampfmolekuumllen herrschen fast keine Molekularkraumlfte
Die Verdampfungswaumlrme ist jene Waumlrmeenergie die noumltig ist um 1kg einer Fluumlssigkeit beim Siedepunkt in den dampffoumlrmigen Zustand zu bringen
Beim Verdunsten haben wir die Verdunstungskaumllte
Die Verdampfungswaumlrme des Wassers betraumlgt 2260 kJkg
Vergleiche Tabelle Buch S 22
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Versuch Uhrglas auf Korken mit Wassertropfen stellen In das Uhrglas ein paar Tropfen Aumlther gieszligen und rasch mit Geblaumlse zum Verdunsten bringen
Versuch Wattebausch in Spiritus oder Aumlther eintauchen und um ein Thermometer wickelnErgebnis Es kuumlhlt ab
Ergebnis Es bildet sich eine Eisschicht infolge der Verdunstungskaumllte
Aufgaben 141 bis 146 Buch Seite 22
Kapitel 6 Waumlrmelehre
674 Verfluumlssigung (Kondensation)Uumlbergang Gasfoumlrmig rarr fluumlssig
Dies wird durch Abkuumlhlen erreicht
Versuch Wir bringen in einem Kolben Wasser zum Sieden Den Wasserdampf leiten wir in ein Gefaumlszlig mit kaltem Wasser dessen Masse und Temperatur wir vorher bestimmt haben
Nach einer gewissen Zeit messen wir wieder die Temperatur des Wassers und die Masse
Die Masse hat nur wenig zugenommen die Temperatur verhaumlltnismaumlszligig viel
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Versuchsergebnis 3f Klasse (27 3 2008)m1 = 2724 g = 02724 kgt1 = 209 degCm2 = 2922 g = 02922 kgt2 = 352 degCmD = 00198 kg Masse des Wasserdampfs der kondensiert istΔT = 143 degC
Waumlrmemenge um m1 um ΔT zu erwaumlrmen
Q1 = 4187middot02724middot143 = 163097 J
Waumlrmemenge die der kondensierte Wasserdampf mD beim Abkuumlhlen von 100degC auf 352 degC abgegeben hat
Q2 = 4187middot00198middot648 = 53721 J ist viel weniger
Der groumlszligere Teil stammt von der Kondensationswaumlrme QK = 109376 J
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Destillieren
Als Destillieren bezeichnet man das Verdampfen einer Fluumlssigkeit und das anschlieszligende VerfluumlssigenDiese Methode kann verwendet werden um Fluumlssigkeitsgemische mit verschiedenem Siedepunkt zu trennen bzw zu reinigen
Beispiele Schnaps-Brennen Fraktionierte Destillation des Erdoumlls
Fuumlhre Aufgabe 151 B S 23 aus
Kapitel 6 Waumlrmelehre
675 Die Waumlrmepumpe
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Vorgaumlnge bei der Waumlrmepumpe 1 Verdampfen
Fluumlssiges Kaumlltemittel wird bei niederem Druck verdampft Die Verdampfungs-waumlrme wird der Umgebung entzogen (Grundwasser Fluss Erdreich Luft )
2 Verdichten Der Kompressor saugt das dampffoumlrmige Kaumlltemittel an und verdichtet es Dabei erwaumlrmt es sich bleibt aber dampffoumlrmig
3 Verfluumlssigen Der uumlberhitzte Dampf wird vom Verfluumlssiger abgekuumlhlt Dabei kondensiert das Kaumlltemittel und gibt die Kondensationswaumlrme ab Der Verfluumlssiger wird fuumlr den Heizkreislauf verwendet
4 Entspannen Das Expansionsventil gleicht den Druckunterschied aus Das jetzt wieder fluumlssige Kaumlltemittel gelangt in den Verdampfer zuruumlck
Vorgang 1 bis 4 wiederholt sich rarrKreisprozess
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Versuch
Wir erwaumlrmen 5 kg Wasser
Temperatur Elektrische Energie
vorher 25degC
nachher 50degC
∆T = 25degC 25degC 6394 Wh
Erhaltene Waumlrmeenergie Q = 41875 25 = 523375 J = 14538 Wh
Guumlteziffer Erhaltene Energie hineingesteckte EnergieGuumlteziffer = 145386394= 227
Das heiszligt Wir erhalten doppelt soviel wie wir hineingesteckt haben
Bei heutigen Waumlrmepumpen erzielen wir die Guumlteziffern von 4
Bemerkung Der Kuumlhlschrank ist eine umgekehrt betriebene Waumlrmepumpe
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Loumlten und Schweiszligen
Lies Buch Seite 19
Metalle koumlnnen durch Loumlten bzw Schweiszligen miteinander verbunden werden
Kapitel 6 Waumlrmelehre
672 Anomalie des Wassers Die meisten Fluumlssigkeiten beanspruchen bei houmlherer Temperatur ein groumlszligeres Volumen (Sie dehnen sich aus vgl Fluumlssigkeitsthermometer)
degC
degC
4degC
0degC
Bei Wasser zeigt sich zwischen 0degC und 4degC ein anderes Verhalten
Versuch
Hohes Glas mit Wasser und zerkleinertem Eis gefuumlllt Gut mischen
2 Thermometer T1 taucht bis zum Boden ein T2 taucht bis zur schwimmenden Eisschicht ein
Ergebnis T1 zeigt 4degC T2 zeigt 0degC
Folgerung Das Wasser mit der groumlszligeren Dichte sammelt sich unten an
Wasser hat bei 4degC seine groumlszligte Dichte und sein kleinstes Volumen
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Hausuumlbung Abb 132 Seite 20 zeichnen (beide Bilder)Die Anomalie des Wassers hat eine groszlige Bedeutung fuumlr die Wasserlebewesen Wasser gefriert von oben zu Tiefe Gewaumlsser gefrieren nie bis zum Boden
Winter Sommer
Kapitel 6 Waumlrmelehre
673 Verdampfen Sieden Verdunsten
Sieden erfolgt bei einer ganz bestimmten Temperatur
Wh Wie haben wir die Temperatureinheit Grad Celsius festgelegt
Verdunsten erfolgt bei beliebiger Temperatur (Ist ein Vorgang an der Oberflaumlche der Fluumlssigkeit)
Wir haben gelernt Wasser siedet bei Normaldruck (1013 mbar) bei 100degC
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Gibt man Wasser in einen abgeschlossenen Topf und erhitzt es so siedet es erst bei houmlherer Temperatur
Grund Der Druck ist houmlher und erhoumlht damit den Siedepunkt
Anwendung Dampfdruckkochtopf (Schnellkochtopf) (Achtung Sicherheitsventil noumltig)Dort sieden die Speisen erst bei etwa 125 degC Dies hat den Vorteil dass die Speisen schneller gar werden (Lebenswichtige Vitamine und Mineralsalze bleiben erhalten)
Die Siedetemperatur haumlngt vom Druck ab Bei houmlherem Druck wird sie houmlher bei geringerem erniedrigt sie sich
Abhaumlngigkeit der Siedetemperatur vom Druck
Versuch Becherglas mit Wasser von Zimmertemperatur gefuumlllt unter Vakuumpumpe
Ergebnis Wasser siedet bei sehr kleinem Druck bereits bei Zimmertemperatur
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Die Verdampfungswaumlrme
Beim Sieden stellt man fest dass man beim Siedepunkt staumlndig Waumlrme zufuumlhrt ohne dass sich die Temperatur erhoumlht
Diese Waumlrmeenergie wird benoumltigt dass sich der Dampf ausdehnen kann Er benoumltigt ein viel groumlszligeres Volumen als die Fluumlssigkeit
(1 dmsup3 Wasser rarr 1700 dmsup3 Dampf) Zwischen den Dampfmolekuumllen herrschen fast keine Molekularkraumlfte
Die Verdampfungswaumlrme ist jene Waumlrmeenergie die noumltig ist um 1kg einer Fluumlssigkeit beim Siedepunkt in den dampffoumlrmigen Zustand zu bringen
Beim Verdunsten haben wir die Verdunstungskaumllte
Die Verdampfungswaumlrme des Wassers betraumlgt 2260 kJkg
Vergleiche Tabelle Buch S 22
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Versuch Uhrglas auf Korken mit Wassertropfen stellen In das Uhrglas ein paar Tropfen Aumlther gieszligen und rasch mit Geblaumlse zum Verdunsten bringen
Versuch Wattebausch in Spiritus oder Aumlther eintauchen und um ein Thermometer wickelnErgebnis Es kuumlhlt ab
Ergebnis Es bildet sich eine Eisschicht infolge der Verdunstungskaumllte
Aufgaben 141 bis 146 Buch Seite 22
Kapitel 6 Waumlrmelehre
674 Verfluumlssigung (Kondensation)Uumlbergang Gasfoumlrmig rarr fluumlssig
Dies wird durch Abkuumlhlen erreicht
Versuch Wir bringen in einem Kolben Wasser zum Sieden Den Wasserdampf leiten wir in ein Gefaumlszlig mit kaltem Wasser dessen Masse und Temperatur wir vorher bestimmt haben
Nach einer gewissen Zeit messen wir wieder die Temperatur des Wassers und die Masse
Die Masse hat nur wenig zugenommen die Temperatur verhaumlltnismaumlszligig viel
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Versuchsergebnis 3f Klasse (27 3 2008)m1 = 2724 g = 02724 kgt1 = 209 degCm2 = 2922 g = 02922 kgt2 = 352 degCmD = 00198 kg Masse des Wasserdampfs der kondensiert istΔT = 143 degC
Waumlrmemenge um m1 um ΔT zu erwaumlrmen
Q1 = 4187middot02724middot143 = 163097 J
Waumlrmemenge die der kondensierte Wasserdampf mD beim Abkuumlhlen von 100degC auf 352 degC abgegeben hat
Q2 = 4187middot00198middot648 = 53721 J ist viel weniger
Der groumlszligere Teil stammt von der Kondensationswaumlrme QK = 109376 J
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Destillieren
Als Destillieren bezeichnet man das Verdampfen einer Fluumlssigkeit und das anschlieszligende VerfluumlssigenDiese Methode kann verwendet werden um Fluumlssigkeitsgemische mit verschiedenem Siedepunkt zu trennen bzw zu reinigen
Beispiele Schnaps-Brennen Fraktionierte Destillation des Erdoumlls
Fuumlhre Aufgabe 151 B S 23 aus
Kapitel 6 Waumlrmelehre
675 Die Waumlrmepumpe
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Vorgaumlnge bei der Waumlrmepumpe 1 Verdampfen
Fluumlssiges Kaumlltemittel wird bei niederem Druck verdampft Die Verdampfungs-waumlrme wird der Umgebung entzogen (Grundwasser Fluss Erdreich Luft )
2 Verdichten Der Kompressor saugt das dampffoumlrmige Kaumlltemittel an und verdichtet es Dabei erwaumlrmt es sich bleibt aber dampffoumlrmig
3 Verfluumlssigen Der uumlberhitzte Dampf wird vom Verfluumlssiger abgekuumlhlt Dabei kondensiert das Kaumlltemittel und gibt die Kondensationswaumlrme ab Der Verfluumlssiger wird fuumlr den Heizkreislauf verwendet
4 Entspannen Das Expansionsventil gleicht den Druckunterschied aus Das jetzt wieder fluumlssige Kaumlltemittel gelangt in den Verdampfer zuruumlck
Vorgang 1 bis 4 wiederholt sich rarrKreisprozess
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Versuch
Wir erwaumlrmen 5 kg Wasser
Temperatur Elektrische Energie
vorher 25degC
nachher 50degC
∆T = 25degC 25degC 6394 Wh
Erhaltene Waumlrmeenergie Q = 41875 25 = 523375 J = 14538 Wh
Guumlteziffer Erhaltene Energie hineingesteckte EnergieGuumlteziffer = 145386394= 227
Das heiszligt Wir erhalten doppelt soviel wie wir hineingesteckt haben
Bei heutigen Waumlrmepumpen erzielen wir die Guumlteziffern von 4
Bemerkung Der Kuumlhlschrank ist eine umgekehrt betriebene Waumlrmepumpe
Kapitel 6 Waumlrmelehre
672 Anomalie des Wassers Die meisten Fluumlssigkeiten beanspruchen bei houmlherer Temperatur ein groumlszligeres Volumen (Sie dehnen sich aus vgl Fluumlssigkeitsthermometer)
degC
degC
4degC
0degC
Bei Wasser zeigt sich zwischen 0degC und 4degC ein anderes Verhalten
Versuch
Hohes Glas mit Wasser und zerkleinertem Eis gefuumlllt Gut mischen
2 Thermometer T1 taucht bis zum Boden ein T2 taucht bis zur schwimmenden Eisschicht ein
Ergebnis T1 zeigt 4degC T2 zeigt 0degC
Folgerung Das Wasser mit der groumlszligeren Dichte sammelt sich unten an
Wasser hat bei 4degC seine groumlszligte Dichte und sein kleinstes Volumen
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Hausuumlbung Abb 132 Seite 20 zeichnen (beide Bilder)Die Anomalie des Wassers hat eine groszlige Bedeutung fuumlr die Wasserlebewesen Wasser gefriert von oben zu Tiefe Gewaumlsser gefrieren nie bis zum Boden
Winter Sommer
Kapitel 6 Waumlrmelehre
673 Verdampfen Sieden Verdunsten
Sieden erfolgt bei einer ganz bestimmten Temperatur
Wh Wie haben wir die Temperatureinheit Grad Celsius festgelegt
Verdunsten erfolgt bei beliebiger Temperatur (Ist ein Vorgang an der Oberflaumlche der Fluumlssigkeit)
Wir haben gelernt Wasser siedet bei Normaldruck (1013 mbar) bei 100degC
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Gibt man Wasser in einen abgeschlossenen Topf und erhitzt es so siedet es erst bei houmlherer Temperatur
Grund Der Druck ist houmlher und erhoumlht damit den Siedepunkt
Anwendung Dampfdruckkochtopf (Schnellkochtopf) (Achtung Sicherheitsventil noumltig)Dort sieden die Speisen erst bei etwa 125 degC Dies hat den Vorteil dass die Speisen schneller gar werden (Lebenswichtige Vitamine und Mineralsalze bleiben erhalten)
Die Siedetemperatur haumlngt vom Druck ab Bei houmlherem Druck wird sie houmlher bei geringerem erniedrigt sie sich
Abhaumlngigkeit der Siedetemperatur vom Druck
Versuch Becherglas mit Wasser von Zimmertemperatur gefuumlllt unter Vakuumpumpe
Ergebnis Wasser siedet bei sehr kleinem Druck bereits bei Zimmertemperatur
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Die Verdampfungswaumlrme
Beim Sieden stellt man fest dass man beim Siedepunkt staumlndig Waumlrme zufuumlhrt ohne dass sich die Temperatur erhoumlht
Diese Waumlrmeenergie wird benoumltigt dass sich der Dampf ausdehnen kann Er benoumltigt ein viel groumlszligeres Volumen als die Fluumlssigkeit
(1 dmsup3 Wasser rarr 1700 dmsup3 Dampf) Zwischen den Dampfmolekuumllen herrschen fast keine Molekularkraumlfte
Die Verdampfungswaumlrme ist jene Waumlrmeenergie die noumltig ist um 1kg einer Fluumlssigkeit beim Siedepunkt in den dampffoumlrmigen Zustand zu bringen
Beim Verdunsten haben wir die Verdunstungskaumllte
Die Verdampfungswaumlrme des Wassers betraumlgt 2260 kJkg
Vergleiche Tabelle Buch S 22
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Versuch Uhrglas auf Korken mit Wassertropfen stellen In das Uhrglas ein paar Tropfen Aumlther gieszligen und rasch mit Geblaumlse zum Verdunsten bringen
Versuch Wattebausch in Spiritus oder Aumlther eintauchen und um ein Thermometer wickelnErgebnis Es kuumlhlt ab
Ergebnis Es bildet sich eine Eisschicht infolge der Verdunstungskaumllte
Aufgaben 141 bis 146 Buch Seite 22
Kapitel 6 Waumlrmelehre
674 Verfluumlssigung (Kondensation)Uumlbergang Gasfoumlrmig rarr fluumlssig
Dies wird durch Abkuumlhlen erreicht
Versuch Wir bringen in einem Kolben Wasser zum Sieden Den Wasserdampf leiten wir in ein Gefaumlszlig mit kaltem Wasser dessen Masse und Temperatur wir vorher bestimmt haben
Nach einer gewissen Zeit messen wir wieder die Temperatur des Wassers und die Masse
Die Masse hat nur wenig zugenommen die Temperatur verhaumlltnismaumlszligig viel
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Versuchsergebnis 3f Klasse (27 3 2008)m1 = 2724 g = 02724 kgt1 = 209 degCm2 = 2922 g = 02922 kgt2 = 352 degCmD = 00198 kg Masse des Wasserdampfs der kondensiert istΔT = 143 degC
Waumlrmemenge um m1 um ΔT zu erwaumlrmen
Q1 = 4187middot02724middot143 = 163097 J
Waumlrmemenge die der kondensierte Wasserdampf mD beim Abkuumlhlen von 100degC auf 352 degC abgegeben hat
Q2 = 4187middot00198middot648 = 53721 J ist viel weniger
Der groumlszligere Teil stammt von der Kondensationswaumlrme QK = 109376 J
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Destillieren
Als Destillieren bezeichnet man das Verdampfen einer Fluumlssigkeit und das anschlieszligende VerfluumlssigenDiese Methode kann verwendet werden um Fluumlssigkeitsgemische mit verschiedenem Siedepunkt zu trennen bzw zu reinigen
Beispiele Schnaps-Brennen Fraktionierte Destillation des Erdoumlls
Fuumlhre Aufgabe 151 B S 23 aus
Kapitel 6 Waumlrmelehre
675 Die Waumlrmepumpe
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Vorgaumlnge bei der Waumlrmepumpe 1 Verdampfen
Fluumlssiges Kaumlltemittel wird bei niederem Druck verdampft Die Verdampfungs-waumlrme wird der Umgebung entzogen (Grundwasser Fluss Erdreich Luft )
2 Verdichten Der Kompressor saugt das dampffoumlrmige Kaumlltemittel an und verdichtet es Dabei erwaumlrmt es sich bleibt aber dampffoumlrmig
3 Verfluumlssigen Der uumlberhitzte Dampf wird vom Verfluumlssiger abgekuumlhlt Dabei kondensiert das Kaumlltemittel und gibt die Kondensationswaumlrme ab Der Verfluumlssiger wird fuumlr den Heizkreislauf verwendet
4 Entspannen Das Expansionsventil gleicht den Druckunterschied aus Das jetzt wieder fluumlssige Kaumlltemittel gelangt in den Verdampfer zuruumlck
Vorgang 1 bis 4 wiederholt sich rarrKreisprozess
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Versuch
Wir erwaumlrmen 5 kg Wasser
Temperatur Elektrische Energie
vorher 25degC
nachher 50degC
∆T = 25degC 25degC 6394 Wh
Erhaltene Waumlrmeenergie Q = 41875 25 = 523375 J = 14538 Wh
Guumlteziffer Erhaltene Energie hineingesteckte EnergieGuumlteziffer = 145386394= 227
Das heiszligt Wir erhalten doppelt soviel wie wir hineingesteckt haben
Bei heutigen Waumlrmepumpen erzielen wir die Guumlteziffern von 4
Bemerkung Der Kuumlhlschrank ist eine umgekehrt betriebene Waumlrmepumpe
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Hausuumlbung Abb 132 Seite 20 zeichnen (beide Bilder)Die Anomalie des Wassers hat eine groszlige Bedeutung fuumlr die Wasserlebewesen Wasser gefriert von oben zu Tiefe Gewaumlsser gefrieren nie bis zum Boden
Winter Sommer
Kapitel 6 Waumlrmelehre
673 Verdampfen Sieden Verdunsten
Sieden erfolgt bei einer ganz bestimmten Temperatur
Wh Wie haben wir die Temperatureinheit Grad Celsius festgelegt
Verdunsten erfolgt bei beliebiger Temperatur (Ist ein Vorgang an der Oberflaumlche der Fluumlssigkeit)
Wir haben gelernt Wasser siedet bei Normaldruck (1013 mbar) bei 100degC
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Gibt man Wasser in einen abgeschlossenen Topf und erhitzt es so siedet es erst bei houmlherer Temperatur
Grund Der Druck ist houmlher und erhoumlht damit den Siedepunkt
Anwendung Dampfdruckkochtopf (Schnellkochtopf) (Achtung Sicherheitsventil noumltig)Dort sieden die Speisen erst bei etwa 125 degC Dies hat den Vorteil dass die Speisen schneller gar werden (Lebenswichtige Vitamine und Mineralsalze bleiben erhalten)
Die Siedetemperatur haumlngt vom Druck ab Bei houmlherem Druck wird sie houmlher bei geringerem erniedrigt sie sich
Abhaumlngigkeit der Siedetemperatur vom Druck
Versuch Becherglas mit Wasser von Zimmertemperatur gefuumlllt unter Vakuumpumpe
Ergebnis Wasser siedet bei sehr kleinem Druck bereits bei Zimmertemperatur
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Die Verdampfungswaumlrme
Beim Sieden stellt man fest dass man beim Siedepunkt staumlndig Waumlrme zufuumlhrt ohne dass sich die Temperatur erhoumlht
Diese Waumlrmeenergie wird benoumltigt dass sich der Dampf ausdehnen kann Er benoumltigt ein viel groumlszligeres Volumen als die Fluumlssigkeit
(1 dmsup3 Wasser rarr 1700 dmsup3 Dampf) Zwischen den Dampfmolekuumllen herrschen fast keine Molekularkraumlfte
Die Verdampfungswaumlrme ist jene Waumlrmeenergie die noumltig ist um 1kg einer Fluumlssigkeit beim Siedepunkt in den dampffoumlrmigen Zustand zu bringen
Beim Verdunsten haben wir die Verdunstungskaumllte
Die Verdampfungswaumlrme des Wassers betraumlgt 2260 kJkg
Vergleiche Tabelle Buch S 22
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Versuch Uhrglas auf Korken mit Wassertropfen stellen In das Uhrglas ein paar Tropfen Aumlther gieszligen und rasch mit Geblaumlse zum Verdunsten bringen
Versuch Wattebausch in Spiritus oder Aumlther eintauchen und um ein Thermometer wickelnErgebnis Es kuumlhlt ab
Ergebnis Es bildet sich eine Eisschicht infolge der Verdunstungskaumllte
Aufgaben 141 bis 146 Buch Seite 22
Kapitel 6 Waumlrmelehre
674 Verfluumlssigung (Kondensation)Uumlbergang Gasfoumlrmig rarr fluumlssig
Dies wird durch Abkuumlhlen erreicht
Versuch Wir bringen in einem Kolben Wasser zum Sieden Den Wasserdampf leiten wir in ein Gefaumlszlig mit kaltem Wasser dessen Masse und Temperatur wir vorher bestimmt haben
Nach einer gewissen Zeit messen wir wieder die Temperatur des Wassers und die Masse
Die Masse hat nur wenig zugenommen die Temperatur verhaumlltnismaumlszligig viel
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Versuchsergebnis 3f Klasse (27 3 2008)m1 = 2724 g = 02724 kgt1 = 209 degCm2 = 2922 g = 02922 kgt2 = 352 degCmD = 00198 kg Masse des Wasserdampfs der kondensiert istΔT = 143 degC
Waumlrmemenge um m1 um ΔT zu erwaumlrmen
Q1 = 4187middot02724middot143 = 163097 J
Waumlrmemenge die der kondensierte Wasserdampf mD beim Abkuumlhlen von 100degC auf 352 degC abgegeben hat
Q2 = 4187middot00198middot648 = 53721 J ist viel weniger
Der groumlszligere Teil stammt von der Kondensationswaumlrme QK = 109376 J
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Destillieren
Als Destillieren bezeichnet man das Verdampfen einer Fluumlssigkeit und das anschlieszligende VerfluumlssigenDiese Methode kann verwendet werden um Fluumlssigkeitsgemische mit verschiedenem Siedepunkt zu trennen bzw zu reinigen
Beispiele Schnaps-Brennen Fraktionierte Destillation des Erdoumlls
Fuumlhre Aufgabe 151 B S 23 aus
Kapitel 6 Waumlrmelehre
675 Die Waumlrmepumpe
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Vorgaumlnge bei der Waumlrmepumpe 1 Verdampfen
Fluumlssiges Kaumlltemittel wird bei niederem Druck verdampft Die Verdampfungs-waumlrme wird der Umgebung entzogen (Grundwasser Fluss Erdreich Luft )
2 Verdichten Der Kompressor saugt das dampffoumlrmige Kaumlltemittel an und verdichtet es Dabei erwaumlrmt es sich bleibt aber dampffoumlrmig
3 Verfluumlssigen Der uumlberhitzte Dampf wird vom Verfluumlssiger abgekuumlhlt Dabei kondensiert das Kaumlltemittel und gibt die Kondensationswaumlrme ab Der Verfluumlssiger wird fuumlr den Heizkreislauf verwendet
4 Entspannen Das Expansionsventil gleicht den Druckunterschied aus Das jetzt wieder fluumlssige Kaumlltemittel gelangt in den Verdampfer zuruumlck
Vorgang 1 bis 4 wiederholt sich rarrKreisprozess
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Versuch
Wir erwaumlrmen 5 kg Wasser
Temperatur Elektrische Energie
vorher 25degC
nachher 50degC
∆T = 25degC 25degC 6394 Wh
Erhaltene Waumlrmeenergie Q = 41875 25 = 523375 J = 14538 Wh
Guumlteziffer Erhaltene Energie hineingesteckte EnergieGuumlteziffer = 145386394= 227
Das heiszligt Wir erhalten doppelt soviel wie wir hineingesteckt haben
Bei heutigen Waumlrmepumpen erzielen wir die Guumlteziffern von 4
Bemerkung Der Kuumlhlschrank ist eine umgekehrt betriebene Waumlrmepumpe
Kapitel 6 Waumlrmelehre
673 Verdampfen Sieden Verdunsten
Sieden erfolgt bei einer ganz bestimmten Temperatur
Wh Wie haben wir die Temperatureinheit Grad Celsius festgelegt
Verdunsten erfolgt bei beliebiger Temperatur (Ist ein Vorgang an der Oberflaumlche der Fluumlssigkeit)
Wir haben gelernt Wasser siedet bei Normaldruck (1013 mbar) bei 100degC
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Gibt man Wasser in einen abgeschlossenen Topf und erhitzt es so siedet es erst bei houmlherer Temperatur
Grund Der Druck ist houmlher und erhoumlht damit den Siedepunkt
Anwendung Dampfdruckkochtopf (Schnellkochtopf) (Achtung Sicherheitsventil noumltig)Dort sieden die Speisen erst bei etwa 125 degC Dies hat den Vorteil dass die Speisen schneller gar werden (Lebenswichtige Vitamine und Mineralsalze bleiben erhalten)
Die Siedetemperatur haumlngt vom Druck ab Bei houmlherem Druck wird sie houmlher bei geringerem erniedrigt sie sich
Abhaumlngigkeit der Siedetemperatur vom Druck
Versuch Becherglas mit Wasser von Zimmertemperatur gefuumlllt unter Vakuumpumpe
Ergebnis Wasser siedet bei sehr kleinem Druck bereits bei Zimmertemperatur
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Die Verdampfungswaumlrme
Beim Sieden stellt man fest dass man beim Siedepunkt staumlndig Waumlrme zufuumlhrt ohne dass sich die Temperatur erhoumlht
Diese Waumlrmeenergie wird benoumltigt dass sich der Dampf ausdehnen kann Er benoumltigt ein viel groumlszligeres Volumen als die Fluumlssigkeit
(1 dmsup3 Wasser rarr 1700 dmsup3 Dampf) Zwischen den Dampfmolekuumllen herrschen fast keine Molekularkraumlfte
Die Verdampfungswaumlrme ist jene Waumlrmeenergie die noumltig ist um 1kg einer Fluumlssigkeit beim Siedepunkt in den dampffoumlrmigen Zustand zu bringen
Beim Verdunsten haben wir die Verdunstungskaumllte
Die Verdampfungswaumlrme des Wassers betraumlgt 2260 kJkg
Vergleiche Tabelle Buch S 22
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Versuch Uhrglas auf Korken mit Wassertropfen stellen In das Uhrglas ein paar Tropfen Aumlther gieszligen und rasch mit Geblaumlse zum Verdunsten bringen
Versuch Wattebausch in Spiritus oder Aumlther eintauchen und um ein Thermometer wickelnErgebnis Es kuumlhlt ab
Ergebnis Es bildet sich eine Eisschicht infolge der Verdunstungskaumllte
Aufgaben 141 bis 146 Buch Seite 22
Kapitel 6 Waumlrmelehre
674 Verfluumlssigung (Kondensation)Uumlbergang Gasfoumlrmig rarr fluumlssig
Dies wird durch Abkuumlhlen erreicht
Versuch Wir bringen in einem Kolben Wasser zum Sieden Den Wasserdampf leiten wir in ein Gefaumlszlig mit kaltem Wasser dessen Masse und Temperatur wir vorher bestimmt haben
Nach einer gewissen Zeit messen wir wieder die Temperatur des Wassers und die Masse
Die Masse hat nur wenig zugenommen die Temperatur verhaumlltnismaumlszligig viel
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Versuchsergebnis 3f Klasse (27 3 2008)m1 = 2724 g = 02724 kgt1 = 209 degCm2 = 2922 g = 02922 kgt2 = 352 degCmD = 00198 kg Masse des Wasserdampfs der kondensiert istΔT = 143 degC
Waumlrmemenge um m1 um ΔT zu erwaumlrmen
Q1 = 4187middot02724middot143 = 163097 J
Waumlrmemenge die der kondensierte Wasserdampf mD beim Abkuumlhlen von 100degC auf 352 degC abgegeben hat
Q2 = 4187middot00198middot648 = 53721 J ist viel weniger
Der groumlszligere Teil stammt von der Kondensationswaumlrme QK = 109376 J
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Destillieren
Als Destillieren bezeichnet man das Verdampfen einer Fluumlssigkeit und das anschlieszligende VerfluumlssigenDiese Methode kann verwendet werden um Fluumlssigkeitsgemische mit verschiedenem Siedepunkt zu trennen bzw zu reinigen
Beispiele Schnaps-Brennen Fraktionierte Destillation des Erdoumlls
Fuumlhre Aufgabe 151 B S 23 aus
Kapitel 6 Waumlrmelehre
675 Die Waumlrmepumpe
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Vorgaumlnge bei der Waumlrmepumpe 1 Verdampfen
Fluumlssiges Kaumlltemittel wird bei niederem Druck verdampft Die Verdampfungs-waumlrme wird der Umgebung entzogen (Grundwasser Fluss Erdreich Luft )
2 Verdichten Der Kompressor saugt das dampffoumlrmige Kaumlltemittel an und verdichtet es Dabei erwaumlrmt es sich bleibt aber dampffoumlrmig
3 Verfluumlssigen Der uumlberhitzte Dampf wird vom Verfluumlssiger abgekuumlhlt Dabei kondensiert das Kaumlltemittel und gibt die Kondensationswaumlrme ab Der Verfluumlssiger wird fuumlr den Heizkreislauf verwendet
4 Entspannen Das Expansionsventil gleicht den Druckunterschied aus Das jetzt wieder fluumlssige Kaumlltemittel gelangt in den Verdampfer zuruumlck
Vorgang 1 bis 4 wiederholt sich rarrKreisprozess
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Versuch
Wir erwaumlrmen 5 kg Wasser
Temperatur Elektrische Energie
vorher 25degC
nachher 50degC
∆T = 25degC 25degC 6394 Wh
Erhaltene Waumlrmeenergie Q = 41875 25 = 523375 J = 14538 Wh
Guumlteziffer Erhaltene Energie hineingesteckte EnergieGuumlteziffer = 145386394= 227
Das heiszligt Wir erhalten doppelt soviel wie wir hineingesteckt haben
Bei heutigen Waumlrmepumpen erzielen wir die Guumlteziffern von 4
Bemerkung Der Kuumlhlschrank ist eine umgekehrt betriebene Waumlrmepumpe
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Gibt man Wasser in einen abgeschlossenen Topf und erhitzt es so siedet es erst bei houmlherer Temperatur
Grund Der Druck ist houmlher und erhoumlht damit den Siedepunkt
Anwendung Dampfdruckkochtopf (Schnellkochtopf) (Achtung Sicherheitsventil noumltig)Dort sieden die Speisen erst bei etwa 125 degC Dies hat den Vorteil dass die Speisen schneller gar werden (Lebenswichtige Vitamine und Mineralsalze bleiben erhalten)
Die Siedetemperatur haumlngt vom Druck ab Bei houmlherem Druck wird sie houmlher bei geringerem erniedrigt sie sich
Abhaumlngigkeit der Siedetemperatur vom Druck
Versuch Becherglas mit Wasser von Zimmertemperatur gefuumlllt unter Vakuumpumpe
Ergebnis Wasser siedet bei sehr kleinem Druck bereits bei Zimmertemperatur
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Die Verdampfungswaumlrme
Beim Sieden stellt man fest dass man beim Siedepunkt staumlndig Waumlrme zufuumlhrt ohne dass sich die Temperatur erhoumlht
Diese Waumlrmeenergie wird benoumltigt dass sich der Dampf ausdehnen kann Er benoumltigt ein viel groumlszligeres Volumen als die Fluumlssigkeit
(1 dmsup3 Wasser rarr 1700 dmsup3 Dampf) Zwischen den Dampfmolekuumllen herrschen fast keine Molekularkraumlfte
Die Verdampfungswaumlrme ist jene Waumlrmeenergie die noumltig ist um 1kg einer Fluumlssigkeit beim Siedepunkt in den dampffoumlrmigen Zustand zu bringen
Beim Verdunsten haben wir die Verdunstungskaumllte
Die Verdampfungswaumlrme des Wassers betraumlgt 2260 kJkg
Vergleiche Tabelle Buch S 22
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Versuch Uhrglas auf Korken mit Wassertropfen stellen In das Uhrglas ein paar Tropfen Aumlther gieszligen und rasch mit Geblaumlse zum Verdunsten bringen
Versuch Wattebausch in Spiritus oder Aumlther eintauchen und um ein Thermometer wickelnErgebnis Es kuumlhlt ab
Ergebnis Es bildet sich eine Eisschicht infolge der Verdunstungskaumllte
Aufgaben 141 bis 146 Buch Seite 22
Kapitel 6 Waumlrmelehre
674 Verfluumlssigung (Kondensation)Uumlbergang Gasfoumlrmig rarr fluumlssig
Dies wird durch Abkuumlhlen erreicht
Versuch Wir bringen in einem Kolben Wasser zum Sieden Den Wasserdampf leiten wir in ein Gefaumlszlig mit kaltem Wasser dessen Masse und Temperatur wir vorher bestimmt haben
Nach einer gewissen Zeit messen wir wieder die Temperatur des Wassers und die Masse
Die Masse hat nur wenig zugenommen die Temperatur verhaumlltnismaumlszligig viel
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Versuchsergebnis 3f Klasse (27 3 2008)m1 = 2724 g = 02724 kgt1 = 209 degCm2 = 2922 g = 02922 kgt2 = 352 degCmD = 00198 kg Masse des Wasserdampfs der kondensiert istΔT = 143 degC
Waumlrmemenge um m1 um ΔT zu erwaumlrmen
Q1 = 4187middot02724middot143 = 163097 J
Waumlrmemenge die der kondensierte Wasserdampf mD beim Abkuumlhlen von 100degC auf 352 degC abgegeben hat
Q2 = 4187middot00198middot648 = 53721 J ist viel weniger
Der groumlszligere Teil stammt von der Kondensationswaumlrme QK = 109376 J
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Destillieren
Als Destillieren bezeichnet man das Verdampfen einer Fluumlssigkeit und das anschlieszligende VerfluumlssigenDiese Methode kann verwendet werden um Fluumlssigkeitsgemische mit verschiedenem Siedepunkt zu trennen bzw zu reinigen
Beispiele Schnaps-Brennen Fraktionierte Destillation des Erdoumlls
Fuumlhre Aufgabe 151 B S 23 aus
Kapitel 6 Waumlrmelehre
675 Die Waumlrmepumpe
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Vorgaumlnge bei der Waumlrmepumpe 1 Verdampfen
Fluumlssiges Kaumlltemittel wird bei niederem Druck verdampft Die Verdampfungs-waumlrme wird der Umgebung entzogen (Grundwasser Fluss Erdreich Luft )
2 Verdichten Der Kompressor saugt das dampffoumlrmige Kaumlltemittel an und verdichtet es Dabei erwaumlrmt es sich bleibt aber dampffoumlrmig
3 Verfluumlssigen Der uumlberhitzte Dampf wird vom Verfluumlssiger abgekuumlhlt Dabei kondensiert das Kaumlltemittel und gibt die Kondensationswaumlrme ab Der Verfluumlssiger wird fuumlr den Heizkreislauf verwendet
4 Entspannen Das Expansionsventil gleicht den Druckunterschied aus Das jetzt wieder fluumlssige Kaumlltemittel gelangt in den Verdampfer zuruumlck
Vorgang 1 bis 4 wiederholt sich rarrKreisprozess
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Versuch
Wir erwaumlrmen 5 kg Wasser
Temperatur Elektrische Energie
vorher 25degC
nachher 50degC
∆T = 25degC 25degC 6394 Wh
Erhaltene Waumlrmeenergie Q = 41875 25 = 523375 J = 14538 Wh
Guumlteziffer Erhaltene Energie hineingesteckte EnergieGuumlteziffer = 145386394= 227
Das heiszligt Wir erhalten doppelt soviel wie wir hineingesteckt haben
Bei heutigen Waumlrmepumpen erzielen wir die Guumlteziffern von 4
Bemerkung Der Kuumlhlschrank ist eine umgekehrt betriebene Waumlrmepumpe
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Die Verdampfungswaumlrme
Beim Sieden stellt man fest dass man beim Siedepunkt staumlndig Waumlrme zufuumlhrt ohne dass sich die Temperatur erhoumlht
Diese Waumlrmeenergie wird benoumltigt dass sich der Dampf ausdehnen kann Er benoumltigt ein viel groumlszligeres Volumen als die Fluumlssigkeit
(1 dmsup3 Wasser rarr 1700 dmsup3 Dampf) Zwischen den Dampfmolekuumllen herrschen fast keine Molekularkraumlfte
Die Verdampfungswaumlrme ist jene Waumlrmeenergie die noumltig ist um 1kg einer Fluumlssigkeit beim Siedepunkt in den dampffoumlrmigen Zustand zu bringen
Beim Verdunsten haben wir die Verdunstungskaumllte
Die Verdampfungswaumlrme des Wassers betraumlgt 2260 kJkg
Vergleiche Tabelle Buch S 22
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Versuch Uhrglas auf Korken mit Wassertropfen stellen In das Uhrglas ein paar Tropfen Aumlther gieszligen und rasch mit Geblaumlse zum Verdunsten bringen
Versuch Wattebausch in Spiritus oder Aumlther eintauchen und um ein Thermometer wickelnErgebnis Es kuumlhlt ab
Ergebnis Es bildet sich eine Eisschicht infolge der Verdunstungskaumllte
Aufgaben 141 bis 146 Buch Seite 22
Kapitel 6 Waumlrmelehre
674 Verfluumlssigung (Kondensation)Uumlbergang Gasfoumlrmig rarr fluumlssig
Dies wird durch Abkuumlhlen erreicht
Versuch Wir bringen in einem Kolben Wasser zum Sieden Den Wasserdampf leiten wir in ein Gefaumlszlig mit kaltem Wasser dessen Masse und Temperatur wir vorher bestimmt haben
Nach einer gewissen Zeit messen wir wieder die Temperatur des Wassers und die Masse
Die Masse hat nur wenig zugenommen die Temperatur verhaumlltnismaumlszligig viel
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Versuchsergebnis 3f Klasse (27 3 2008)m1 = 2724 g = 02724 kgt1 = 209 degCm2 = 2922 g = 02922 kgt2 = 352 degCmD = 00198 kg Masse des Wasserdampfs der kondensiert istΔT = 143 degC
Waumlrmemenge um m1 um ΔT zu erwaumlrmen
Q1 = 4187middot02724middot143 = 163097 J
Waumlrmemenge die der kondensierte Wasserdampf mD beim Abkuumlhlen von 100degC auf 352 degC abgegeben hat
Q2 = 4187middot00198middot648 = 53721 J ist viel weniger
Der groumlszligere Teil stammt von der Kondensationswaumlrme QK = 109376 J
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Destillieren
Als Destillieren bezeichnet man das Verdampfen einer Fluumlssigkeit und das anschlieszligende VerfluumlssigenDiese Methode kann verwendet werden um Fluumlssigkeitsgemische mit verschiedenem Siedepunkt zu trennen bzw zu reinigen
Beispiele Schnaps-Brennen Fraktionierte Destillation des Erdoumlls
Fuumlhre Aufgabe 151 B S 23 aus
Kapitel 6 Waumlrmelehre
675 Die Waumlrmepumpe
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Vorgaumlnge bei der Waumlrmepumpe 1 Verdampfen
Fluumlssiges Kaumlltemittel wird bei niederem Druck verdampft Die Verdampfungs-waumlrme wird der Umgebung entzogen (Grundwasser Fluss Erdreich Luft )
2 Verdichten Der Kompressor saugt das dampffoumlrmige Kaumlltemittel an und verdichtet es Dabei erwaumlrmt es sich bleibt aber dampffoumlrmig
3 Verfluumlssigen Der uumlberhitzte Dampf wird vom Verfluumlssiger abgekuumlhlt Dabei kondensiert das Kaumlltemittel und gibt die Kondensationswaumlrme ab Der Verfluumlssiger wird fuumlr den Heizkreislauf verwendet
4 Entspannen Das Expansionsventil gleicht den Druckunterschied aus Das jetzt wieder fluumlssige Kaumlltemittel gelangt in den Verdampfer zuruumlck
Vorgang 1 bis 4 wiederholt sich rarrKreisprozess
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Versuch
Wir erwaumlrmen 5 kg Wasser
Temperatur Elektrische Energie
vorher 25degC
nachher 50degC
∆T = 25degC 25degC 6394 Wh
Erhaltene Waumlrmeenergie Q = 41875 25 = 523375 J = 14538 Wh
Guumlteziffer Erhaltene Energie hineingesteckte EnergieGuumlteziffer = 145386394= 227
Das heiszligt Wir erhalten doppelt soviel wie wir hineingesteckt haben
Bei heutigen Waumlrmepumpen erzielen wir die Guumlteziffern von 4
Bemerkung Der Kuumlhlschrank ist eine umgekehrt betriebene Waumlrmepumpe
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Die Verdampfungswaumlrme
Beim Sieden stellt man fest dass man beim Siedepunkt staumlndig Waumlrme zufuumlhrt ohne dass sich die Temperatur erhoumlht
Diese Waumlrmeenergie wird benoumltigt dass sich der Dampf ausdehnen kann Er benoumltigt ein viel groumlszligeres Volumen als die Fluumlssigkeit
(1 dmsup3 Wasser rarr 1700 dmsup3 Dampf) Zwischen den Dampfmolekuumllen herrschen fast keine Molekularkraumlfte
Die Verdampfungswaumlrme ist jene Waumlrmeenergie die noumltig ist um 1kg einer Fluumlssigkeit beim Siedepunkt in den dampffoumlrmigen Zustand zu bringen
Beim Verdunsten haben wir die Verdunstungskaumllte
Die Verdampfungswaumlrme des Wassers betraumlgt 2260 kJkg
Vergleiche Tabelle Buch S 22
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Versuch Uhrglas auf Korken mit Wassertropfen stellen In das Uhrglas ein paar Tropfen Aumlther gieszligen und rasch mit Geblaumlse zum Verdunsten bringen
Versuch Wattebausch in Spiritus oder Aumlther eintauchen und um ein Thermometer wickelnErgebnis Es kuumlhlt ab
Ergebnis Es bildet sich eine Eisschicht infolge der Verdunstungskaumllte
Aufgaben 141 bis 146 Buch Seite 22
Kapitel 6 Waumlrmelehre
674 Verfluumlssigung (Kondensation)Uumlbergang Gasfoumlrmig rarr fluumlssig
Dies wird durch Abkuumlhlen erreicht
Versuch Wir bringen in einem Kolben Wasser zum Sieden Den Wasserdampf leiten wir in ein Gefaumlszlig mit kaltem Wasser dessen Masse und Temperatur wir vorher bestimmt haben
Nach einer gewissen Zeit messen wir wieder die Temperatur des Wassers und die Masse
Die Masse hat nur wenig zugenommen die Temperatur verhaumlltnismaumlszligig viel
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Versuchsergebnis 3f Klasse (27 3 2008)m1 = 2724 g = 02724 kgt1 = 209 degCm2 = 2922 g = 02922 kgt2 = 352 degCmD = 00198 kg Masse des Wasserdampfs der kondensiert istΔT = 143 degC
Waumlrmemenge um m1 um ΔT zu erwaumlrmen
Q1 = 4187middot02724middot143 = 163097 J
Waumlrmemenge die der kondensierte Wasserdampf mD beim Abkuumlhlen von 100degC auf 352 degC abgegeben hat
Q2 = 4187middot00198middot648 = 53721 J ist viel weniger
Der groumlszligere Teil stammt von der Kondensationswaumlrme QK = 109376 J
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Destillieren
Als Destillieren bezeichnet man das Verdampfen einer Fluumlssigkeit und das anschlieszligende VerfluumlssigenDiese Methode kann verwendet werden um Fluumlssigkeitsgemische mit verschiedenem Siedepunkt zu trennen bzw zu reinigen
Beispiele Schnaps-Brennen Fraktionierte Destillation des Erdoumlls
Fuumlhre Aufgabe 151 B S 23 aus
Kapitel 6 Waumlrmelehre
675 Die Waumlrmepumpe
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Vorgaumlnge bei der Waumlrmepumpe 1 Verdampfen
Fluumlssiges Kaumlltemittel wird bei niederem Druck verdampft Die Verdampfungs-waumlrme wird der Umgebung entzogen (Grundwasser Fluss Erdreich Luft )
2 Verdichten Der Kompressor saugt das dampffoumlrmige Kaumlltemittel an und verdichtet es Dabei erwaumlrmt es sich bleibt aber dampffoumlrmig
3 Verfluumlssigen Der uumlberhitzte Dampf wird vom Verfluumlssiger abgekuumlhlt Dabei kondensiert das Kaumlltemittel und gibt die Kondensationswaumlrme ab Der Verfluumlssiger wird fuumlr den Heizkreislauf verwendet
4 Entspannen Das Expansionsventil gleicht den Druckunterschied aus Das jetzt wieder fluumlssige Kaumlltemittel gelangt in den Verdampfer zuruumlck
Vorgang 1 bis 4 wiederholt sich rarrKreisprozess
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Versuch
Wir erwaumlrmen 5 kg Wasser
Temperatur Elektrische Energie
vorher 25degC
nachher 50degC
∆T = 25degC 25degC 6394 Wh
Erhaltene Waumlrmeenergie Q = 41875 25 = 523375 J = 14538 Wh
Guumlteziffer Erhaltene Energie hineingesteckte EnergieGuumlteziffer = 145386394= 227
Das heiszligt Wir erhalten doppelt soviel wie wir hineingesteckt haben
Bei heutigen Waumlrmepumpen erzielen wir die Guumlteziffern von 4
Bemerkung Der Kuumlhlschrank ist eine umgekehrt betriebene Waumlrmepumpe
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Versuch Uhrglas auf Korken mit Wassertropfen stellen In das Uhrglas ein paar Tropfen Aumlther gieszligen und rasch mit Geblaumlse zum Verdunsten bringen
Versuch Wattebausch in Spiritus oder Aumlther eintauchen und um ein Thermometer wickelnErgebnis Es kuumlhlt ab
Ergebnis Es bildet sich eine Eisschicht infolge der Verdunstungskaumllte
Aufgaben 141 bis 146 Buch Seite 22
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674 Verfluumlssigung (Kondensation)Uumlbergang Gasfoumlrmig rarr fluumlssig
Dies wird durch Abkuumlhlen erreicht
Versuch Wir bringen in einem Kolben Wasser zum Sieden Den Wasserdampf leiten wir in ein Gefaumlszlig mit kaltem Wasser dessen Masse und Temperatur wir vorher bestimmt haben
Nach einer gewissen Zeit messen wir wieder die Temperatur des Wassers und die Masse
Die Masse hat nur wenig zugenommen die Temperatur verhaumlltnismaumlszligig viel
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Versuchsergebnis 3f Klasse (27 3 2008)m1 = 2724 g = 02724 kgt1 = 209 degCm2 = 2922 g = 02922 kgt2 = 352 degCmD = 00198 kg Masse des Wasserdampfs der kondensiert istΔT = 143 degC
Waumlrmemenge um m1 um ΔT zu erwaumlrmen
Q1 = 4187middot02724middot143 = 163097 J
Waumlrmemenge die der kondensierte Wasserdampf mD beim Abkuumlhlen von 100degC auf 352 degC abgegeben hat
Q2 = 4187middot00198middot648 = 53721 J ist viel weniger
Der groumlszligere Teil stammt von der Kondensationswaumlrme QK = 109376 J
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Destillieren
Als Destillieren bezeichnet man das Verdampfen einer Fluumlssigkeit und das anschlieszligende VerfluumlssigenDiese Methode kann verwendet werden um Fluumlssigkeitsgemische mit verschiedenem Siedepunkt zu trennen bzw zu reinigen
Beispiele Schnaps-Brennen Fraktionierte Destillation des Erdoumlls
Fuumlhre Aufgabe 151 B S 23 aus
Kapitel 6 Waumlrmelehre
675 Die Waumlrmepumpe
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Vorgaumlnge bei der Waumlrmepumpe 1 Verdampfen
Fluumlssiges Kaumlltemittel wird bei niederem Druck verdampft Die Verdampfungs-waumlrme wird der Umgebung entzogen (Grundwasser Fluss Erdreich Luft )
2 Verdichten Der Kompressor saugt das dampffoumlrmige Kaumlltemittel an und verdichtet es Dabei erwaumlrmt es sich bleibt aber dampffoumlrmig
3 Verfluumlssigen Der uumlberhitzte Dampf wird vom Verfluumlssiger abgekuumlhlt Dabei kondensiert das Kaumlltemittel und gibt die Kondensationswaumlrme ab Der Verfluumlssiger wird fuumlr den Heizkreislauf verwendet
4 Entspannen Das Expansionsventil gleicht den Druckunterschied aus Das jetzt wieder fluumlssige Kaumlltemittel gelangt in den Verdampfer zuruumlck
Vorgang 1 bis 4 wiederholt sich rarrKreisprozess
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Versuch
Wir erwaumlrmen 5 kg Wasser
Temperatur Elektrische Energie
vorher 25degC
nachher 50degC
∆T = 25degC 25degC 6394 Wh
Erhaltene Waumlrmeenergie Q = 41875 25 = 523375 J = 14538 Wh
Guumlteziffer Erhaltene Energie hineingesteckte EnergieGuumlteziffer = 145386394= 227
Das heiszligt Wir erhalten doppelt soviel wie wir hineingesteckt haben
Bei heutigen Waumlrmepumpen erzielen wir die Guumlteziffern von 4
Bemerkung Der Kuumlhlschrank ist eine umgekehrt betriebene Waumlrmepumpe
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674 Verfluumlssigung (Kondensation)Uumlbergang Gasfoumlrmig rarr fluumlssig
Dies wird durch Abkuumlhlen erreicht
Versuch Wir bringen in einem Kolben Wasser zum Sieden Den Wasserdampf leiten wir in ein Gefaumlszlig mit kaltem Wasser dessen Masse und Temperatur wir vorher bestimmt haben
Nach einer gewissen Zeit messen wir wieder die Temperatur des Wassers und die Masse
Die Masse hat nur wenig zugenommen die Temperatur verhaumlltnismaumlszligig viel
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Versuchsergebnis 3f Klasse (27 3 2008)m1 = 2724 g = 02724 kgt1 = 209 degCm2 = 2922 g = 02922 kgt2 = 352 degCmD = 00198 kg Masse des Wasserdampfs der kondensiert istΔT = 143 degC
Waumlrmemenge um m1 um ΔT zu erwaumlrmen
Q1 = 4187middot02724middot143 = 163097 J
Waumlrmemenge die der kondensierte Wasserdampf mD beim Abkuumlhlen von 100degC auf 352 degC abgegeben hat
Q2 = 4187middot00198middot648 = 53721 J ist viel weniger
Der groumlszligere Teil stammt von der Kondensationswaumlrme QK = 109376 J
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Destillieren
Als Destillieren bezeichnet man das Verdampfen einer Fluumlssigkeit und das anschlieszligende VerfluumlssigenDiese Methode kann verwendet werden um Fluumlssigkeitsgemische mit verschiedenem Siedepunkt zu trennen bzw zu reinigen
Beispiele Schnaps-Brennen Fraktionierte Destillation des Erdoumlls
Fuumlhre Aufgabe 151 B S 23 aus
Kapitel 6 Waumlrmelehre
675 Die Waumlrmepumpe
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Vorgaumlnge bei der Waumlrmepumpe 1 Verdampfen
Fluumlssiges Kaumlltemittel wird bei niederem Druck verdampft Die Verdampfungs-waumlrme wird der Umgebung entzogen (Grundwasser Fluss Erdreich Luft )
2 Verdichten Der Kompressor saugt das dampffoumlrmige Kaumlltemittel an und verdichtet es Dabei erwaumlrmt es sich bleibt aber dampffoumlrmig
3 Verfluumlssigen Der uumlberhitzte Dampf wird vom Verfluumlssiger abgekuumlhlt Dabei kondensiert das Kaumlltemittel und gibt die Kondensationswaumlrme ab Der Verfluumlssiger wird fuumlr den Heizkreislauf verwendet
4 Entspannen Das Expansionsventil gleicht den Druckunterschied aus Das jetzt wieder fluumlssige Kaumlltemittel gelangt in den Verdampfer zuruumlck
Vorgang 1 bis 4 wiederholt sich rarrKreisprozess
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Versuch
Wir erwaumlrmen 5 kg Wasser
Temperatur Elektrische Energie
vorher 25degC
nachher 50degC
∆T = 25degC 25degC 6394 Wh
Erhaltene Waumlrmeenergie Q = 41875 25 = 523375 J = 14538 Wh
Guumlteziffer Erhaltene Energie hineingesteckte EnergieGuumlteziffer = 145386394= 227
Das heiszligt Wir erhalten doppelt soviel wie wir hineingesteckt haben
Bei heutigen Waumlrmepumpen erzielen wir die Guumlteziffern von 4
Bemerkung Der Kuumlhlschrank ist eine umgekehrt betriebene Waumlrmepumpe
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Versuchsergebnis 3f Klasse (27 3 2008)m1 = 2724 g = 02724 kgt1 = 209 degCm2 = 2922 g = 02922 kgt2 = 352 degCmD = 00198 kg Masse des Wasserdampfs der kondensiert istΔT = 143 degC
Waumlrmemenge um m1 um ΔT zu erwaumlrmen
Q1 = 4187middot02724middot143 = 163097 J
Waumlrmemenge die der kondensierte Wasserdampf mD beim Abkuumlhlen von 100degC auf 352 degC abgegeben hat
Q2 = 4187middot00198middot648 = 53721 J ist viel weniger
Der groumlszligere Teil stammt von der Kondensationswaumlrme QK = 109376 J
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Destillieren
Als Destillieren bezeichnet man das Verdampfen einer Fluumlssigkeit und das anschlieszligende VerfluumlssigenDiese Methode kann verwendet werden um Fluumlssigkeitsgemische mit verschiedenem Siedepunkt zu trennen bzw zu reinigen
Beispiele Schnaps-Brennen Fraktionierte Destillation des Erdoumlls
Fuumlhre Aufgabe 151 B S 23 aus
Kapitel 6 Waumlrmelehre
675 Die Waumlrmepumpe
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Vorgaumlnge bei der Waumlrmepumpe 1 Verdampfen
Fluumlssiges Kaumlltemittel wird bei niederem Druck verdampft Die Verdampfungs-waumlrme wird der Umgebung entzogen (Grundwasser Fluss Erdreich Luft )
2 Verdichten Der Kompressor saugt das dampffoumlrmige Kaumlltemittel an und verdichtet es Dabei erwaumlrmt es sich bleibt aber dampffoumlrmig
3 Verfluumlssigen Der uumlberhitzte Dampf wird vom Verfluumlssiger abgekuumlhlt Dabei kondensiert das Kaumlltemittel und gibt die Kondensationswaumlrme ab Der Verfluumlssiger wird fuumlr den Heizkreislauf verwendet
4 Entspannen Das Expansionsventil gleicht den Druckunterschied aus Das jetzt wieder fluumlssige Kaumlltemittel gelangt in den Verdampfer zuruumlck
Vorgang 1 bis 4 wiederholt sich rarrKreisprozess
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Versuch
Wir erwaumlrmen 5 kg Wasser
Temperatur Elektrische Energie
vorher 25degC
nachher 50degC
∆T = 25degC 25degC 6394 Wh
Erhaltene Waumlrmeenergie Q = 41875 25 = 523375 J = 14538 Wh
Guumlteziffer Erhaltene Energie hineingesteckte EnergieGuumlteziffer = 145386394= 227
Das heiszligt Wir erhalten doppelt soviel wie wir hineingesteckt haben
Bei heutigen Waumlrmepumpen erzielen wir die Guumlteziffern von 4
Bemerkung Der Kuumlhlschrank ist eine umgekehrt betriebene Waumlrmepumpe
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Destillieren
Als Destillieren bezeichnet man das Verdampfen einer Fluumlssigkeit und das anschlieszligende VerfluumlssigenDiese Methode kann verwendet werden um Fluumlssigkeitsgemische mit verschiedenem Siedepunkt zu trennen bzw zu reinigen
Beispiele Schnaps-Brennen Fraktionierte Destillation des Erdoumlls
Fuumlhre Aufgabe 151 B S 23 aus
Kapitel 6 Waumlrmelehre
675 Die Waumlrmepumpe
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Vorgaumlnge bei der Waumlrmepumpe 1 Verdampfen
Fluumlssiges Kaumlltemittel wird bei niederem Druck verdampft Die Verdampfungs-waumlrme wird der Umgebung entzogen (Grundwasser Fluss Erdreich Luft )
2 Verdichten Der Kompressor saugt das dampffoumlrmige Kaumlltemittel an und verdichtet es Dabei erwaumlrmt es sich bleibt aber dampffoumlrmig
3 Verfluumlssigen Der uumlberhitzte Dampf wird vom Verfluumlssiger abgekuumlhlt Dabei kondensiert das Kaumlltemittel und gibt die Kondensationswaumlrme ab Der Verfluumlssiger wird fuumlr den Heizkreislauf verwendet
4 Entspannen Das Expansionsventil gleicht den Druckunterschied aus Das jetzt wieder fluumlssige Kaumlltemittel gelangt in den Verdampfer zuruumlck
Vorgang 1 bis 4 wiederholt sich rarrKreisprozess
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Versuch
Wir erwaumlrmen 5 kg Wasser
Temperatur Elektrische Energie
vorher 25degC
nachher 50degC
∆T = 25degC 25degC 6394 Wh
Erhaltene Waumlrmeenergie Q = 41875 25 = 523375 J = 14538 Wh
Guumlteziffer Erhaltene Energie hineingesteckte EnergieGuumlteziffer = 145386394= 227
Das heiszligt Wir erhalten doppelt soviel wie wir hineingesteckt haben
Bei heutigen Waumlrmepumpen erzielen wir die Guumlteziffern von 4
Bemerkung Der Kuumlhlschrank ist eine umgekehrt betriebene Waumlrmepumpe
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675 Die Waumlrmepumpe
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Vorgaumlnge bei der Waumlrmepumpe 1 Verdampfen
Fluumlssiges Kaumlltemittel wird bei niederem Druck verdampft Die Verdampfungs-waumlrme wird der Umgebung entzogen (Grundwasser Fluss Erdreich Luft )
2 Verdichten Der Kompressor saugt das dampffoumlrmige Kaumlltemittel an und verdichtet es Dabei erwaumlrmt es sich bleibt aber dampffoumlrmig
3 Verfluumlssigen Der uumlberhitzte Dampf wird vom Verfluumlssiger abgekuumlhlt Dabei kondensiert das Kaumlltemittel und gibt die Kondensationswaumlrme ab Der Verfluumlssiger wird fuumlr den Heizkreislauf verwendet
4 Entspannen Das Expansionsventil gleicht den Druckunterschied aus Das jetzt wieder fluumlssige Kaumlltemittel gelangt in den Verdampfer zuruumlck
Vorgang 1 bis 4 wiederholt sich rarrKreisprozess
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Versuch
Wir erwaumlrmen 5 kg Wasser
Temperatur Elektrische Energie
vorher 25degC
nachher 50degC
∆T = 25degC 25degC 6394 Wh
Erhaltene Waumlrmeenergie Q = 41875 25 = 523375 J = 14538 Wh
Guumlteziffer Erhaltene Energie hineingesteckte EnergieGuumlteziffer = 145386394= 227
Das heiszligt Wir erhalten doppelt soviel wie wir hineingesteckt haben
Bei heutigen Waumlrmepumpen erzielen wir die Guumlteziffern von 4
Bemerkung Der Kuumlhlschrank ist eine umgekehrt betriebene Waumlrmepumpe
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Vorgaumlnge bei der Waumlrmepumpe 1 Verdampfen
Fluumlssiges Kaumlltemittel wird bei niederem Druck verdampft Die Verdampfungs-waumlrme wird der Umgebung entzogen (Grundwasser Fluss Erdreich Luft )
2 Verdichten Der Kompressor saugt das dampffoumlrmige Kaumlltemittel an und verdichtet es Dabei erwaumlrmt es sich bleibt aber dampffoumlrmig
3 Verfluumlssigen Der uumlberhitzte Dampf wird vom Verfluumlssiger abgekuumlhlt Dabei kondensiert das Kaumlltemittel und gibt die Kondensationswaumlrme ab Der Verfluumlssiger wird fuumlr den Heizkreislauf verwendet
4 Entspannen Das Expansionsventil gleicht den Druckunterschied aus Das jetzt wieder fluumlssige Kaumlltemittel gelangt in den Verdampfer zuruumlck
Vorgang 1 bis 4 wiederholt sich rarrKreisprozess
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Versuch
Wir erwaumlrmen 5 kg Wasser
Temperatur Elektrische Energie
vorher 25degC
nachher 50degC
∆T = 25degC 25degC 6394 Wh
Erhaltene Waumlrmeenergie Q = 41875 25 = 523375 J = 14538 Wh
Guumlteziffer Erhaltene Energie hineingesteckte EnergieGuumlteziffer = 145386394= 227
Das heiszligt Wir erhalten doppelt soviel wie wir hineingesteckt haben
Bei heutigen Waumlrmepumpen erzielen wir die Guumlteziffern von 4
Bemerkung Der Kuumlhlschrank ist eine umgekehrt betriebene Waumlrmepumpe
Kapitel 6 Waumlrmelehre
Versuch
Wir erwaumlrmen 5 kg Wasser
Temperatur Elektrische Energie
vorher 25degC
nachher 50degC
∆T = 25degC 25degC 6394 Wh
Erhaltene Waumlrmeenergie Q = 41875 25 = 523375 J = 14538 Wh
Guumlteziffer Erhaltene Energie hineingesteckte EnergieGuumlteziffer = 145386394= 227
Das heiszligt Wir erhalten doppelt soviel wie wir hineingesteckt haben
Bei heutigen Waumlrmepumpen erzielen wir die Guumlteziffern von 4
Bemerkung Der Kuumlhlschrank ist eine umgekehrt betriebene Waumlrmepumpe