203 - Spezifische Wärmekapazität
Zum Erwärmen eines Körpers wird Energie benötigt. Der Betrag hängt von der Masse, der Temperaturdifferenz sowie vom Material ab. Um z.B. 1 kg Wasser von 20 auf 70°C zu erwärmen, braucht man 210 kJ (entspricht etwa 2 min. Heizen mit 2 kW). Für 1 kg Eisen genügen 23 kJ, d.h. rund ein Zehntel davon! Angesichts dieses Zahlenverhälnisses versteht man sofort, warum eine wassergefüllte Wärmflasche einem gleichschweren Stahlklotz vorzuziehen ist. Die beim Erwärmen zugeführte Energie ist nämlich im Körper gespeichert und kann demzufolge auch wieder abgegeben werden.
Physikalisch wird das Wärmespeichervermögen durch eine Stoffkonstante, die spezifische Wärmekapazität ausgedrückt. Zur Messung dieser Größe werden Metallproben erhitzt und danach in ein wassergefülltes Kalorimeter gebracht. Aus den Temperaturen (heißes Metall, kaltes Wasser, Mischungstemperatur) sowie den Massen und einer Kalorimeterkonstanten kann die spezifische Wärmekapazität des jeweiligen Metalls berechnet werden.
In einem zweiten Schritt werden die molaren, d.h. auf die Stoffmenge bezogenen Wärmekapazitäten berechnet. Nach der Dulong-Petitschen-Regel sollten diese für alle Metalle etwa denselben Wert annehmen, was unser Experiment auch bestätigt.
Versuchsaufbau:
Geräte zur Durchführung des Versuchs: Kalorimetergefäß mit Thermometer, Kochplatte, Topf mit Einhängvorrichtung für Probekörper, Waage, unterschiedliche Probekörper.