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Zur Bestimmung von K wird eine Menge heißen destillierten Wassers (Masse m2, Temperatur T2) mit einer im Kalorimeter befindlichen Menge kalten Wassers (m1, T1) gemischt. Es stellt sich dann ein Wärmegleichgewicht bei der Mischungstemperatur Tm ein. Da die vom heißem Wasser abgegebene Wärmemenge Q gleich
(2) Q = m2 · cw · (T2 Tm) m1 m2; T2 40°C; m1 200g
ist, ergibt sich Gleichung (1) zu
(3) m2 · cw · (T2 Tm) m1 · cw · (Tm T1) K · (Tm - T1)
woraus sich K berechnen läßt.
(4)
cw = 4,187 JgK wird in diesem Temperaturbereich als konstant angenommen.
Mißt man die Temperatur des Wassers im Kalorimeter
- vor dem Mischungsvorgang (über 5 min alle 30 s)
- während des Mischungsvorganges (möglichst schnell gießen, alle 5 s)
- nach dem Prozeß (über 5 min alle 30 s)
so ergäbe sich bei einem idealen Kalorimeter der in der Abb. 2a dargestellte zeitliche Verlauf.
Da jedoch ein geringer Wärmeaustausch mit der Umgebung stattfindet, fällt die Temperatur nach dem Mischungsvorgang ab (Abb. 2b). Dabei ist angenommen, daß die Temperatur T1 der Raumtemperatur TR entspricht.
Abb. 2a
Abb. 2b
Abb. 2 : Temperaturverlauf beim Mischungsvorgang in einem idealen (2a) und in einem verlustbehafteten Kalorimeter (2b).
Zur Ermittlung der Mischungstemperatur verfährt man dann so, wie in der Abbildung (Abb. 2b) angegeben ist (Fläche A1=Fläche A2).
Dieser Bestimmung von Tm liegt die Annahme zugrunde, daß der Wärmeaustausch mit der umgebenden Luft durch eine konstante Wärmeübergangszahl beschrieben werden kann.
Beim Eingießen und Umrühren achte man darauf, daß sich an der Innenwand keine Tropfen bilden, da deren Masse miterfaßt wird, sie aber nicht zum Wärmeausgleich beitragen.
Die Masse m1 und m2 des kalten und des heißen Wassers bestimmt man am besten durch Wägung des Kalorimeters (mit Thermometer und Rührer!) im leeren Zustand, nach Einfüllen des kalten Wassers und mit der gesamten Wassermenge nach Abschluß des Mischungsvorganges.
Die Bestimmung von K ist dreimal durchzuführen. Anschließend werden Mittelwert und Standardabweichung s bestimmt. Für die weiteren Versuche verwenden Sie als Kalorimeterkonstante.
4.
Der Wirkungsgrad eines Gerätes, einer Anlage oder eines Lebewesens gibt an, welcher Anteil der zugeführten Energie in nutzbringende Energie umgewandelt wird.
Formelzeichen:
Einheit:
1 oder in Prozent (%)
Der Wirkungsgrad ist damit ein Maß für die Güte der Energieumwandlung bzw. ein Maß für den Grad der Nutzbarkeit der zugeführten Energie. Er ist immer kleiner als 1 bzw. kleiner als 100 %.
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