Sexl Physik 5 RG, Schulbuch

kalt 104.1 Ein Demonstrationsexperiment: Wasser wird in einem Rundkolben zum Sieden gebracht und von der Wärmequelle entfernt. Das Wasser siedet nicht mehr. Man verschließt das Gefäß und gießt kaltes Wasser darauf. Im Gefäß beginnt es wieder zu sieden. Warum? (Vorsicht: Schutzbrille tragen! Gefahr von Glasbruch durch Implosion.) Daher ist die Siedetemperatur vom Luftdruck abhängig. Bei niedrigerem Luftdruck siedet Wasser unterhalb von 100 °C . Z. B. siedet Wasser am Mount Everest bei etwa 70 °C , der Luftdruck beträgt dort etwa ein Drittel des Luftdrucks auf Meeresniveau. Untersuche, überlege, forsche: Luftdruck und Siedetemperatur 104.1 Stelle in je einem Diagramm den Verlauf von Luftdruck p und Siedetemperatur θ s in Abhängigkeit von der Höhe h (über dem Meeresniveau) dar. m 0 903 1 804 3 000 4 191 5 382 6 565 7 741 8 910 °C 100 97 94 90 86 82 78 74 70 mbar 1 013 909 814 701 601 513 436 370 312 E 2 a) Entnimm dem Diagramm durch Interpolation die Siedetemperatur von Was- ser auf dem 3789m hohen Großglockner und auf dem 5895 m hohen Kilimand- scharo. S 2 b) Informiere dich über die Probleme, die der niedrige Luftdruck in Höhen über 7000 m verursacht. Verdampfungswärme Nach Erreichen der Siedetemperatur bleibt die Temperatur der Flüssigkeit trotz Wärmezufuhr konstant. Die zugeführte Wärme dient nur zur Überwindung der Molekularkräfte beim Übergang von der Flüssigkeit in den Dampf. Als spezifische Verdampfungswärme der Flüssigkeit bezeichnet man den Quo- tienten aus aufgewandter Energie zur Masse der verdampften Flüssigkeit. Untersuche, überlege, forsche: Verdampfungswärme von Wasser 104.2 E 2 Überlege, wie du die spezifische Verdampfungswärme für Wasser bestimmen kannst. Entwirf eine Versuchsanordnung dazu. Genaue Messungen ergeben, dass zum Verdampfen von 1 kg siedendem Wasser beim Luftdruck von 1 013mbar eine Energie von 2 257kJ benötigt wird. Dies ist im Vergleich zu anderen Flüssigkeiten sehr viel ( 104.2 ). Der Grund liegt in der Stär- ke der Wasserstoffbrücken, die beim Verdampfen aufgelöst werden. Die spezifische Verdampfungswärme von Wasser beträgt 2 257 kJ/kg. Untersuche, überlege, forsche: Teewasser weiter sieden lassen? 104.3 Ist es sinnvoll, Teewasser im Wasserkocher lange sieden zu lassen? W 1 a) Wird es dadurch heißer? W 1 b) Wieviel Wasser könnte man von 20 °C auf 100 °C mit der Verdampfungs- wärme von 1 kg Wasser erwärmen? Kühlt man Wasserdampf unter die Siedetemperatur, so binden die zwischenmole- kularen Kräfte die Moleküle erneut aneinander. Der meiste Wasserdampf konden- siert zu flüssigem Wasser. Dabei gibt er die zuvor aufgenommene Verdampfungs- wärme als Kondensationswärme wieder ab. Einige Moleküle bleiben als Dampf über der Flüssigkeit. Wasserdampf kondensiert an Flächen (z. B. Bildung von Tau) oder mikroskopisch kleinen Körpern, wie Wassertröpfchen oder Staubkörnern.  Siedeverzug Dampfblasen entstehen an mikroskopisch kleinen Verunreinigungen. Bei sehr rei- nen Substanzen kann die Phasenumwandlung weit über den Siedepunkt, bzw. un- ter den Gefrierpunkt verzögert werden. Bei Siedeverzug ist die Flüssigkeit überhitzt , ihre Temperatur ist höher als der normale Siedepunkt. Eine kleine Störung, z. B. eine Erschütterung, lässt die Flüs- sigkeit schlagartig verdampfen. Die explosionsartige Volumenausdehnung auf etwa das 1 700-fache kann zu schweren Unfällen führen. Daher verwendet man in der Chemie sog. Siedesteinchen, an deren porösen Oberflächen sich Dampfblasen bilden.  Substanz kJ/kg Aluminium 10 900 Wasser 2 257 Alkohol 844 Benzol 396 104.2 Spezifische Verdampfungswärmen einiger Substanzen einsickerndes Niederschlags- wasser Wasserreservoir Magma durchlässige Gesteinsschichten 104.3 Geysire zeigen eindrucksvoll die Wirkung von überhitztem Wasser (Siedeverzug) in der Natur. In vulkanischen Gebieten kann Sicker- wasser in tief reichenden Spalten weit über 100°C erreichen. Der Druck der darüber- liegenden Wassersäule kann lange Zeit das Sieden verhindern. Wenn schließlich doch Dampfblasen aufsteigen, reißen sie Wasser mit sich. Durch den verringerten Wasserdruck setzt Sieden ein: Ein Gemisch aus heißem Dampf und Wasser schießt als Fontäne aus dem Spaltensystem. Das Foto zeigt den Geysir Old Faithful im Yellowstone-Park (USA). 104 WÄRMELEHRE Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv