Untersuchung des Zusammenhangs zwischen gespeicherter Wärmemenge und Masse.

• Drei Kalorimeter

• Kaltes und heißes Wasser (Masse an Wasser ist von der Größe der Gefäße abhängig; siehe Tipps & Tricks)

• Mehrere Metall-Massestücke, vorzugsweise Kupfer

• Computerunterstütztes Messwerterfassungssystem

• Drei eintauchbare Temperatursensoren

• Isolierte Zange

• Waage

siehe Skizze zur Versuchsdurchführung

Schritt 1:

In zwei Kalorimeter etwa 100g kaltes Wasser einwiegen. Es ist nicht so wichtig, wie viel Wasser es genau ist, sondern, dass in beiden Gefäßen gleich viel Wasser eingefüllt wird. In das dritte die Massestücke und heißes Wasser geben. Thermometer in alle drei Gefäße geben und bei den beiden mit kaltem Wasser die Temperatur notieren.

Schritt 2:

Die Massestücke mit der Zange in die beiden Gefäße mit kaltem Wasser so verteilen, dass in einem Gefäß deutlich mehr Massestücke liegen, als im anderen. Die Temperatur des heißen Wassers wird nur während des Übertragens beobachtet. In den Kalorimetern mit dem kalten Wasser wird das Wasser durchmischt und die Temperatur notiert, sobald sie ihr Maximum erreicht hat.

In dem Gefäß, in dem mehr Massestücke liegen, stellt sich eine höhere Maximaltemperatur ein.

Es werden die Temperaturänderungen in den beiden Gefäßen, in welche die Massestücke eingebracht wurden, verglichen.

Wie man sieht, ist der Unterschied der Temperaturänderung größer als die Messunsicherheit. Damit kann man folgern, dass eine Massenabhängigkeit vorliegt.

Die transportierte und somit in den Massestücken gespeicherte Wärmemenge hängt von der Masse ab.

• Kaltes Wasser voreinwiegen. Es sollte so wenig wie möglich Wasser sein, um möglichst große Temperaturänderung zu erreichen, aber es sollte auch nicht zu wenig sein, da die Massestücke noch vollständig eingetaucht sein sollen.

• Die Massestücke dienen dem Wärmetransport. Daher ist es sinnvoll, eine möglichst große Oberfläche zu wählen. Allerdings sollten sie auch mit der Zange transportiert werden. Schrot hat sich als ungenügend erwiesen.

• Bei quantitativer Durchführung ist die Temperatur des heißen Wassers nur für die Abschätzung der Unsicherheit relevant. Sie sollte sich während des Entnehmens nicht zu sehr ändern.

• Die Zange sollte isoliert sein und die Temperatur des heißen Wassers haben. So kann die Wärmemenge, die während des Transports der Massestücke an die Umwelt abgegeben wird, gering gehalten werden. Vor dem Eintauchen des Massestücks ins kalte Wasser über dem Tisch abschütteln, um möglichst wenig heißes Wasser mitzunehmen.

• Zur Isolation hat sich Schlauch und Knete als sinnvoll erwiesen. Es wird jeweils ein Stück Schlauch über die Enden der Zange geschoben. Der Schlauch sollte so lang sein, dass beim Arbeiten im Wasserbad kein Wasser oben hinein läuft. Die Knete dient dazu, den Schlauch unten abzudichten.

• Das heiße Wasser sollte wirklich heiß sein (siedend, wenn es eingefüllt wird). Die Temperatur der Massestücke sollte beim Transport 80°C oder höher sein. Zum einen hat das den Vorteil, dass an den Massestücken anheftendes heißes Wasser noch verdunsten kann, zum anderen erreicht man eine höhere Temperaturänderung.

Für eine quantitative Auswertung:

• Wasserwert der Kalorimeter muss bestimmt werden.

• Temperatur des heißen Wassers während des Übertragens der Massestücke muss bestimmt werden. Die Wassertemperatur beim Einfüllen sollte etwa 60°C betragen. So kann der Effekt deutlich, aber Verbrennungen vermieden werden.