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Kapitel 6 Wärmelehre 6. Wärmelehre 6.1 Wie entsteht Wärme? Handflächen reiben Seil...

Date post: 06-Apr-2015
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Kapitel 6 Wärmelehre 6. Wärmelehre 6.1 Wie entsteht Wärme? Handflächen reiben Seil herunterrutschen Bremsen beim Fahrrad, Auto, Zug Bohren (Versuch!! mit Bohrmaschine: Bohrer und Bohrstück werden warm) Reibungswärme Verbrennungswärme In Holz, Öl, Gas, Kohle ist chemische Energie gespeichert. Sie wird bei der Verbrennung in Wärme umgewandelt. Diese Wärme kann zum Teil für den Antrieb von Motoren verwendet werden. z. B. Ottomotor.
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Page 1: Kapitel 6 Wärmelehre 6. Wärmelehre 6.1 Wie entsteht Wärme? Handflächen reiben Seil herunterrutschen Bremsen beim Fahrrad, Auto, Zug Bohren (Versuch!! mit.

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

  • 6 Waumlrmelehre
  • Folie 2
  • 62 Die Natur der Waumlrme
  • Folie 4
  • 621 Die spezifische Waumlrme
  • Folie 6
  • Folie 7
  • Folie 8
  • 63 Waumlrmeuumlbertragung
  • Folie 10
  • 632 Waumlrmestroumlmung
  • Anwendungen zur Waumlrmestroumlmung
  • Folie 13
  • Folie 14
  • Folie 15
  • Folie 16
  • Folie 17
  • Folie 18
  • Folie 19
  • Folie 20
  • 64 Brennstoffe und ihr Heizwert
  • Folie 22
  • Folie 23
  • 65 Heizsysteme
  • Alternative Beheizungen
  • Folie 26
  • 66 Brandbekaumlmpfung
  • Brandbekaumlmpfung
  • 67 Zustandsaumlnderungen
  • Folie 30
  • Folie 31
  • Folie 32
  • Folie 33
  • Folie 34
  • Folie 35
  • Loumlten und Schweiszligen
  • 672 Anomalie des Wassers
  • Folie 38
  • 673 Verdampfen Sieden Verdunsten
  • Folie 40
  • Folie 41
  • Die Verdampfungswaumlrme
  • Folie 43
  • 674 Verfluumlssigung (Kondensation)
  • Folie 45
  • Folie 46
  • 675 Die Waumlrmepumpe
  • Folie 48
  • Folie 49
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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

  • 6 Waumlrmelehre
  • Folie 2
  • 62 Die Natur der Waumlrme
  • Folie 4
  • 621 Die spezifische Waumlrme
  • Folie 6
  • Folie 7
  • Folie 8
  • 63 Waumlrmeuumlbertragung
  • Folie 10
  • 632 Waumlrmestroumlmung
  • Anwendungen zur Waumlrmestroumlmung
  • Folie 13
  • Folie 14
  • Folie 15
  • Folie 16
  • Folie 17
  • Folie 18
  • Folie 19
  • Folie 20
  • 64 Brennstoffe und ihr Heizwert
  • Folie 22
  • Folie 23
  • 65 Heizsysteme
  • Alternative Beheizungen
  • Folie 26
  • 66 Brandbekaumlmpfung
  • Brandbekaumlmpfung
  • 67 Zustandsaumlnderungen
  • Folie 30
  • Folie 31
  • Folie 32
  • Folie 33
  • Folie 34
  • Folie 35
  • Loumlten und Schweiszligen
  • 672 Anomalie des Wassers
  • Folie 38
  • 673 Verdampfen Sieden Verdunsten
  • Folie 40
  • Folie 41
  • Die Verdampfungswaumlrme
  • Folie 43
  • 674 Verfluumlssigung (Kondensation)
  • Folie 45
  • Folie 46
  • 675 Die Waumlrmepumpe
  • Folie 48
  • Folie 49
Page 3: Kapitel 6 Wärmelehre 6. Wärmelehre 6.1 Wie entsteht Wärme? Handflächen reiben Seil herunterrutschen Bremsen beim Fahrrad, Auto, Zug Bohren (Versuch!! mit.

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

  • 6 Waumlrmelehre
  • Folie 2
  • 62 Die Natur der Waumlrme
  • Folie 4
  • 621 Die spezifische Waumlrme
  • Folie 6
  • Folie 7
  • Folie 8
  • 63 Waumlrmeuumlbertragung
  • Folie 10
  • 632 Waumlrmestroumlmung
  • Anwendungen zur Waumlrmestroumlmung
  • Folie 13
  • Folie 14
  • Folie 15
  • Folie 16
  • Folie 17
  • Folie 18
  • Folie 19
  • Folie 20
  • 64 Brennstoffe und ihr Heizwert
  • Folie 22
  • Folie 23
  • 65 Heizsysteme
  • Alternative Beheizungen
  • Folie 26
  • 66 Brandbekaumlmpfung
  • Brandbekaumlmpfung
  • 67 Zustandsaumlnderungen
  • Folie 30
  • Folie 31
  • Folie 32
  • Folie 33
  • Folie 34
  • Folie 35
  • Loumlten und Schweiszligen
  • 672 Anomalie des Wassers
  • Folie 38
  • 673 Verdampfen Sieden Verdunsten
  • Folie 40
  • Folie 41
  • Die Verdampfungswaumlrme
  • Folie 43
  • 674 Verfluumlssigung (Kondensation)
  • Folie 45
  • Folie 46
  • 675 Die Waumlrmepumpe
  • Folie 48
  • Folie 49
Page 4: Kapitel 6 Wärmelehre 6. Wärmelehre 6.1 Wie entsteht Wärme? Handflächen reiben Seil herunterrutschen Bremsen beim Fahrrad, Auto, Zug Bohren (Versuch!! mit.

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

  • 6 Waumlrmelehre
  • Folie 2
  • 62 Die Natur der Waumlrme
  • Folie 4
  • 621 Die spezifische Waumlrme
  • Folie 6
  • Folie 7
  • Folie 8
  • 63 Waumlrmeuumlbertragung
  • Folie 10
  • 632 Waumlrmestroumlmung
  • Anwendungen zur Waumlrmestroumlmung
  • Folie 13
  • Folie 14
  • Folie 15
  • Folie 16
  • Folie 17
  • Folie 18
  • Folie 19
  • Folie 20
  • 64 Brennstoffe und ihr Heizwert
  • Folie 22
  • Folie 23
  • 65 Heizsysteme
  • Alternative Beheizungen
  • Folie 26
  • 66 Brandbekaumlmpfung
  • Brandbekaumlmpfung
  • 67 Zustandsaumlnderungen
  • Folie 30
  • Folie 31
  • Folie 32
  • Folie 33
  • Folie 34
  • Folie 35
  • Loumlten und Schweiszligen
  • 672 Anomalie des Wassers
  • Folie 38
  • 673 Verdampfen Sieden Verdunsten
  • Folie 40
  • Folie 41
  • Die Verdampfungswaumlrme
  • Folie 43
  • 674 Verfluumlssigung (Kondensation)
  • Folie 45
  • Folie 46
  • 675 Die Waumlrmepumpe
  • Folie 48
  • Folie 49
Page 5: Kapitel 6 Wärmelehre 6. Wärmelehre 6.1 Wie entsteht Wärme? Handflächen reiben Seil herunterrutschen Bremsen beim Fahrrad, Auto, Zug Bohren (Versuch!! mit.

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

  • 6 Waumlrmelehre
  • Folie 2
  • 62 Die Natur der Waumlrme
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  • 621 Die spezifische Waumlrme
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  • 63 Waumlrmeuumlbertragung
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  • 632 Waumlrmestroumlmung
  • Anwendungen zur Waumlrmestroumlmung
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  • 65 Heizsysteme
  • Alternative Beheizungen
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  • Brandbekaumlmpfung
  • 67 Zustandsaumlnderungen
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  • Folie 34
  • Folie 35
  • Loumlten und Schweiszligen
  • 672 Anomalie des Wassers
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  • 673 Verdampfen Sieden Verdunsten
  • Folie 40
  • Folie 41
  • Die Verdampfungswaumlrme
  • Folie 43
  • 674 Verfluumlssigung (Kondensation)
  • Folie 45
  • Folie 46
  • 675 Die Waumlrmepumpe
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Page 6: Kapitel 6 Wärmelehre 6. Wärmelehre 6.1 Wie entsteht Wärme? Handflächen reiben Seil herunterrutschen Bremsen beim Fahrrad, Auto, Zug Bohren (Versuch!! mit.

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

  • 6 Waumlrmelehre
  • Folie 2
  • 62 Die Natur der Waumlrme
  • Folie 4
  • 621 Die spezifische Waumlrme
  • Folie 6
  • Folie 7
  • Folie 8
  • 63 Waumlrmeuumlbertragung
  • Folie 10
  • 632 Waumlrmestroumlmung
  • Anwendungen zur Waumlrmestroumlmung
  • Folie 13
  • Folie 14
  • Folie 15
  • Folie 16
  • Folie 17
  • Folie 18
  • Folie 19
  • Folie 20
  • 64 Brennstoffe und ihr Heizwert
  • Folie 22
  • Folie 23
  • 65 Heizsysteme
  • Alternative Beheizungen
  • Folie 26
  • 66 Brandbekaumlmpfung
  • Brandbekaumlmpfung
  • 67 Zustandsaumlnderungen
  • Folie 30
  • Folie 31
  • Folie 32
  • Folie 33
  • Folie 34
  • Folie 35
  • Loumlten und Schweiszligen
  • 672 Anomalie des Wassers
  • Folie 38
  • 673 Verdampfen Sieden Verdunsten
  • Folie 40
  • Folie 41
  • Die Verdampfungswaumlrme
  • Folie 43
  • 674 Verfluumlssigung (Kondensation)
  • Folie 45
  • Folie 46
  • 675 Die Waumlrmepumpe
  • Folie 48
  • Folie 49
Page 7: Kapitel 6 Wärmelehre 6. Wärmelehre 6.1 Wie entsteht Wärme? Handflächen reiben Seil herunterrutschen Bremsen beim Fahrrad, Auto, Zug Bohren (Versuch!! mit.

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

  • 6 Waumlrmelehre
  • Folie 2
  • 62 Die Natur der Waumlrme
  • Folie 4
  • 621 Die spezifische Waumlrme
  • Folie 6
  • Folie 7
  • Folie 8
  • 63 Waumlrmeuumlbertragung
  • Folie 10
  • 632 Waumlrmestroumlmung
  • Anwendungen zur Waumlrmestroumlmung
  • Folie 13
  • Folie 14
  • Folie 15
  • Folie 16
  • Folie 17
  • Folie 18
  • Folie 19
  • Folie 20
  • 64 Brennstoffe und ihr Heizwert
  • Folie 22
  • Folie 23
  • 65 Heizsysteme
  • Alternative Beheizungen
  • Folie 26
  • 66 Brandbekaumlmpfung
  • Brandbekaumlmpfung
  • 67 Zustandsaumlnderungen
  • Folie 30
  • Folie 31
  • Folie 32
  • Folie 33
  • Folie 34
  • Folie 35
  • Loumlten und Schweiszligen
  • 672 Anomalie des Wassers
  • Folie 38
  • 673 Verdampfen Sieden Verdunsten
  • Folie 40
  • Folie 41
  • Die Verdampfungswaumlrme
  • Folie 43
  • 674 Verfluumlssigung (Kondensation)
  • Folie 45
  • Folie 46
  • 675 Die Waumlrmepumpe
  • Folie 48
  • Folie 49
Page 8: Kapitel 6 Wärmelehre 6. Wärmelehre 6.1 Wie entsteht Wärme? Handflächen reiben Seil herunterrutschen Bremsen beim Fahrrad, Auto, Zug Bohren (Versuch!! mit.

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

  • 6 Waumlrmelehre
  • Folie 2
  • 62 Die Natur der Waumlrme
  • Folie 4
  • 621 Die spezifische Waumlrme
  • Folie 6
  • Folie 7
  • Folie 8
  • 63 Waumlrmeuumlbertragung
  • Folie 10
  • 632 Waumlrmestroumlmung
  • Anwendungen zur Waumlrmestroumlmung
  • Folie 13
  • Folie 14
  • Folie 15
  • Folie 16
  • Folie 17
  • Folie 18
  • Folie 19
  • Folie 20
  • 64 Brennstoffe und ihr Heizwert
  • Folie 22
  • Folie 23
  • 65 Heizsysteme
  • Alternative Beheizungen
  • Folie 26
  • 66 Brandbekaumlmpfung
  • Brandbekaumlmpfung
  • 67 Zustandsaumlnderungen
  • Folie 30
  • Folie 31
  • Folie 32
  • Folie 33
  • Folie 34
  • Folie 35
  • Loumlten und Schweiszligen
  • 672 Anomalie des Wassers
  • Folie 38
  • 673 Verdampfen Sieden Verdunsten
  • Folie 40
  • Folie 41
  • Die Verdampfungswaumlrme
  • Folie 43
  • 674 Verfluumlssigung (Kondensation)
  • Folie 45
  • Folie 46
  • 675 Die Waumlrmepumpe
  • Folie 48
  • Folie 49
Page 9: Kapitel 6 Wärmelehre 6. Wärmelehre 6.1 Wie entsteht Wärme? Handflächen reiben Seil herunterrutschen Bremsen beim Fahrrad, Auto, Zug Bohren (Versuch!! mit.

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

  • 6 Waumlrmelehre
  • Folie 2
  • 62 Die Natur der Waumlrme
  • Folie 4
  • 621 Die spezifische Waumlrme
  • Folie 6
  • Folie 7
  • Folie 8
  • 63 Waumlrmeuumlbertragung
  • Folie 10
  • 632 Waumlrmestroumlmung
  • Anwendungen zur Waumlrmestroumlmung
  • Folie 13
  • Folie 14
  • Folie 15
  • Folie 16
  • Folie 17
  • Folie 18
  • Folie 19
  • Folie 20
  • 64 Brennstoffe und ihr Heizwert
  • Folie 22
  • Folie 23
  • 65 Heizsysteme
  • Alternative Beheizungen
  • Folie 26
  • 66 Brandbekaumlmpfung
  • Brandbekaumlmpfung
  • 67 Zustandsaumlnderungen
  • Folie 30
  • Folie 31
  • Folie 32
  • Folie 33
  • Folie 34
  • Folie 35
  • Loumlten und Schweiszligen
  • 672 Anomalie des Wassers
  • Folie 38
  • 673 Verdampfen Sieden Verdunsten
  • Folie 40
  • Folie 41
  • Die Verdampfungswaumlrme
  • Folie 43
  • 674 Verfluumlssigung (Kondensation)
  • Folie 45
  • Folie 46
  • 675 Die Waumlrmepumpe
  • Folie 48
  • Folie 49
Page 10: Kapitel 6 Wärmelehre 6. Wärmelehre 6.1 Wie entsteht Wärme? Handflächen reiben Seil herunterrutschen Bremsen beim Fahrrad, Auto, Zug Bohren (Versuch!! mit.

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

  • 6 Waumlrmelehre
  • Folie 2
  • 62 Die Natur der Waumlrme
  • Folie 4
  • 621 Die spezifische Waumlrme
  • Folie 6
  • Folie 7
  • Folie 8
  • 63 Waumlrmeuumlbertragung
  • Folie 10
  • 632 Waumlrmestroumlmung
  • Anwendungen zur Waumlrmestroumlmung
  • Folie 13
  • Folie 14
  • Folie 15
  • Folie 16
  • Folie 17
  • Folie 18
  • Folie 19
  • Folie 20
  • 64 Brennstoffe und ihr Heizwert
  • Folie 22
  • Folie 23
  • 65 Heizsysteme
  • Alternative Beheizungen
  • Folie 26
  • 66 Brandbekaumlmpfung
  • Brandbekaumlmpfung
  • 67 Zustandsaumlnderungen
  • Folie 30
  • Folie 31
  • Folie 32
  • Folie 33
  • Folie 34
  • Folie 35
  • Loumlten und Schweiszligen
  • 672 Anomalie des Wassers
  • Folie 38
  • 673 Verdampfen Sieden Verdunsten
  • Folie 40
  • Folie 41
  • Die Verdampfungswaumlrme
  • Folie 43
  • 674 Verfluumlssigung (Kondensation)
  • Folie 45
  • Folie 46
  • 675 Die Waumlrmepumpe
  • Folie 48
  • Folie 49
Page 11: Kapitel 6 Wärmelehre 6. Wärmelehre 6.1 Wie entsteht Wärme? Handflächen reiben Seil herunterrutschen Bremsen beim Fahrrad, Auto, Zug Bohren (Versuch!! mit.

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

  • 6 Waumlrmelehre
  • Folie 2
  • 62 Die Natur der Waumlrme
  • Folie 4
  • 621 Die spezifische Waumlrme
  • Folie 6
  • Folie 7
  • Folie 8
  • 63 Waumlrmeuumlbertragung
  • Folie 10
  • 632 Waumlrmestroumlmung
  • Anwendungen zur Waumlrmestroumlmung
  • Folie 13
  • Folie 14
  • Folie 15
  • Folie 16
  • Folie 17
  • Folie 18
  • Folie 19
  • Folie 20
  • 64 Brennstoffe und ihr Heizwert
  • Folie 22
  • Folie 23
  • 65 Heizsysteme
  • Alternative Beheizungen
  • Folie 26
  • 66 Brandbekaumlmpfung
  • Brandbekaumlmpfung
  • 67 Zustandsaumlnderungen
  • Folie 30
  • Folie 31
  • Folie 32
  • Folie 33
  • Folie 34
  • Folie 35
  • Loumlten und Schweiszligen
  • 672 Anomalie des Wassers
  • Folie 38
  • 673 Verdampfen Sieden Verdunsten
  • Folie 40
  • Folie 41
  • Die Verdampfungswaumlrme
  • Folie 43
  • 674 Verfluumlssigung (Kondensation)
  • Folie 45
  • Folie 46
  • 675 Die Waumlrmepumpe
  • Folie 48
  • Folie 49
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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

  • 6 Waumlrmelehre
  • Folie 2
  • 62 Die Natur der Waumlrme
  • Folie 4
  • 621 Die spezifische Waumlrme
  • Folie 6
  • Folie 7
  • Folie 8
  • 63 Waumlrmeuumlbertragung
  • Folie 10
  • 632 Waumlrmestroumlmung
  • Anwendungen zur Waumlrmestroumlmung
  • Folie 13
  • Folie 14
  • Folie 15
  • Folie 16
  • Folie 17
  • Folie 18
  • Folie 19
  • Folie 20
  • 64 Brennstoffe und ihr Heizwert
  • Folie 22
  • Folie 23
  • 65 Heizsysteme
  • Alternative Beheizungen
  • Folie 26
  • 66 Brandbekaumlmpfung
  • Brandbekaumlmpfung
  • 67 Zustandsaumlnderungen
  • Folie 30
  • Folie 31
  • Folie 32
  • Folie 33
  • Folie 34
  • Folie 35
  • Loumlten und Schweiszligen
  • 672 Anomalie des Wassers
  • Folie 38
  • 673 Verdampfen Sieden Verdunsten
  • Folie 40
  • Folie 41
  • Die Verdampfungswaumlrme
  • Folie 43
  • 674 Verfluumlssigung (Kondensation)
  • Folie 45
  • Folie 46
  • 675 Die Waumlrmepumpe
  • Folie 48
  • Folie 49
Page 13: Kapitel 6 Wärmelehre 6. Wärmelehre 6.1 Wie entsteht Wärme? Handflächen reiben Seil herunterrutschen Bremsen beim Fahrrad, Auto, Zug Bohren (Versuch!! mit.

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

  • 6 Waumlrmelehre
  • Folie 2
  • 62 Die Natur der Waumlrme
  • Folie 4
  • 621 Die spezifische Waumlrme
  • Folie 6
  • Folie 7
  • Folie 8
  • 63 Waumlrmeuumlbertragung
  • Folie 10
  • 632 Waumlrmestroumlmung
  • Anwendungen zur Waumlrmestroumlmung
  • Folie 13
  • Folie 14
  • Folie 15
  • Folie 16
  • Folie 17
  • Folie 18
  • Folie 19
  • Folie 20
  • 64 Brennstoffe und ihr Heizwert
  • Folie 22
  • Folie 23
  • 65 Heizsysteme
  • Alternative Beheizungen
  • Folie 26
  • 66 Brandbekaumlmpfung
  • Brandbekaumlmpfung
  • 67 Zustandsaumlnderungen
  • Folie 30
  • Folie 31
  • Folie 32
  • Folie 33
  • Folie 34
  • Folie 35
  • Loumlten und Schweiszligen
  • 672 Anomalie des Wassers
  • Folie 38
  • 673 Verdampfen Sieden Verdunsten
  • Folie 40
  • Folie 41
  • Die Verdampfungswaumlrme
  • Folie 43
  • 674 Verfluumlssigung (Kondensation)
  • Folie 45
  • Folie 46
  • 675 Die Waumlrmepumpe
  • Folie 48
  • Folie 49
Page 14: Kapitel 6 Wärmelehre 6. Wärmelehre 6.1 Wie entsteht Wärme? Handflächen reiben Seil herunterrutschen Bremsen beim Fahrrad, Auto, Zug Bohren (Versuch!! mit.

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

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  • 62 Die Natur der Waumlrme
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  • 65 Heizsysteme
  • Alternative Beheizungen
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  • 66 Brandbekaumlmpfung
  • Brandbekaumlmpfung
  • 67 Zustandsaumlnderungen
  • Folie 30
  • Folie 31
  • Folie 32
  • Folie 33
  • Folie 34
  • Folie 35
  • Loumlten und Schweiszligen
  • 672 Anomalie des Wassers
  • Folie 38
  • 673 Verdampfen Sieden Verdunsten
  • Folie 40
  • Folie 41
  • Die Verdampfungswaumlrme
  • Folie 43
  • 674 Verfluumlssigung (Kondensation)
  • Folie 45
  • Folie 46
  • 675 Die Waumlrmepumpe
  • Folie 48
  • Folie 49
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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

  • 6 Waumlrmelehre
  • Folie 2
  • 62 Die Natur der Waumlrme
  • Folie 4
  • 621 Die spezifische Waumlrme
  • Folie 6
  • Folie 7
  • Folie 8
  • 63 Waumlrmeuumlbertragung
  • Folie 10
  • 632 Waumlrmestroumlmung
  • Anwendungen zur Waumlrmestroumlmung
  • Folie 13
  • Folie 14
  • Folie 15
  • Folie 16
  • Folie 17
  • Folie 18
  • Folie 19
  • Folie 20
  • 64 Brennstoffe und ihr Heizwert
  • Folie 22
  • Folie 23
  • 65 Heizsysteme
  • Alternative Beheizungen
  • Folie 26
  • 66 Brandbekaumlmpfung
  • Brandbekaumlmpfung
  • 67 Zustandsaumlnderungen
  • Folie 30
  • Folie 31
  • Folie 32
  • Folie 33
  • Folie 34
  • Folie 35
  • Loumlten und Schweiszligen
  • 672 Anomalie des Wassers
  • Folie 38
  • 673 Verdampfen Sieden Verdunsten
  • Folie 40
  • Folie 41
  • Die Verdampfungswaumlrme
  • Folie 43
  • 674 Verfluumlssigung (Kondensation)
  • Folie 45
  • Folie 46
  • 675 Die Waumlrmepumpe
  • Folie 48
  • Folie 49
Page 16: Kapitel 6 Wärmelehre 6. Wärmelehre 6.1 Wie entsteht Wärme? Handflächen reiben Seil herunterrutschen Bremsen beim Fahrrad, Auto, Zug Bohren (Versuch!! mit.

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

  • 6 Waumlrmelehre
  • Folie 2
  • 62 Die Natur der Waumlrme
  • Folie 4
  • 621 Die spezifische Waumlrme
  • Folie 6
  • Folie 7
  • Folie 8
  • 63 Waumlrmeuumlbertragung
  • Folie 10
  • 632 Waumlrmestroumlmung
  • Anwendungen zur Waumlrmestroumlmung
  • Folie 13
  • Folie 14
  • Folie 15
  • Folie 16
  • Folie 17
  • Folie 18
  • Folie 19
  • Folie 20
  • 64 Brennstoffe und ihr Heizwert
  • Folie 22
  • Folie 23
  • 65 Heizsysteme
  • Alternative Beheizungen
  • Folie 26
  • 66 Brandbekaumlmpfung
  • Brandbekaumlmpfung
  • 67 Zustandsaumlnderungen
  • Folie 30
  • Folie 31
  • Folie 32
  • Folie 33
  • Folie 34
  • Folie 35
  • Loumlten und Schweiszligen
  • 672 Anomalie des Wassers
  • Folie 38
  • 673 Verdampfen Sieden Verdunsten
  • Folie 40
  • Folie 41
  • Die Verdampfungswaumlrme
  • Folie 43
  • 674 Verfluumlssigung (Kondensation)
  • Folie 45
  • Folie 46
  • 675 Die Waumlrmepumpe
  • Folie 48
  • Folie 49
Page 17: Kapitel 6 Wärmelehre 6. Wärmelehre 6.1 Wie entsteht Wärme? Handflächen reiben Seil herunterrutschen Bremsen beim Fahrrad, Auto, Zug Bohren (Versuch!! mit.

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

  • 6 Waumlrmelehre
  • Folie 2
  • 62 Die Natur der Waumlrme
  • Folie 4
  • 621 Die spezifische Waumlrme
  • Folie 6
  • Folie 7
  • Folie 8
  • 63 Waumlrmeuumlbertragung
  • Folie 10
  • 632 Waumlrmestroumlmung
  • Anwendungen zur Waumlrmestroumlmung
  • Folie 13
  • Folie 14
  • Folie 15
  • Folie 16
  • Folie 17
  • Folie 18
  • Folie 19
  • Folie 20
  • 64 Brennstoffe und ihr Heizwert
  • Folie 22
  • Folie 23
  • 65 Heizsysteme
  • Alternative Beheizungen
  • Folie 26
  • 66 Brandbekaumlmpfung
  • Brandbekaumlmpfung
  • 67 Zustandsaumlnderungen
  • Folie 30
  • Folie 31
  • Folie 32
  • Folie 33
  • Folie 34
  • Folie 35
  • Loumlten und Schweiszligen
  • 672 Anomalie des Wassers
  • Folie 38
  • 673 Verdampfen Sieden Verdunsten
  • Folie 40
  • Folie 41
  • Die Verdampfungswaumlrme
  • Folie 43
  • 674 Verfluumlssigung (Kondensation)
  • Folie 45
  • Folie 46
  • 675 Die Waumlrmepumpe
  • Folie 48
  • Folie 49
Page 18: Kapitel 6 Wärmelehre 6. Wärmelehre 6.1 Wie entsteht Wärme? Handflächen reiben Seil herunterrutschen Bremsen beim Fahrrad, Auto, Zug Bohren (Versuch!! mit.

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

  • 6 Waumlrmelehre
  • Folie 2
  • 62 Die Natur der Waumlrme
  • Folie 4
  • 621 Die spezifische Waumlrme
  • Folie 6
  • Folie 7
  • Folie 8
  • 63 Waumlrmeuumlbertragung
  • Folie 10
  • 632 Waumlrmestroumlmung
  • Anwendungen zur Waumlrmestroumlmung
  • Folie 13
  • Folie 14
  • Folie 15
  • Folie 16
  • Folie 17
  • Folie 18
  • Folie 19
  • Folie 20
  • 64 Brennstoffe und ihr Heizwert
  • Folie 22
  • Folie 23
  • 65 Heizsysteme
  • Alternative Beheizungen
  • Folie 26
  • 66 Brandbekaumlmpfung
  • Brandbekaumlmpfung
  • 67 Zustandsaumlnderungen
  • Folie 30
  • Folie 31
  • Folie 32
  • Folie 33
  • Folie 34
  • Folie 35
  • Loumlten und Schweiszligen
  • 672 Anomalie des Wassers
  • Folie 38
  • 673 Verdampfen Sieden Verdunsten
  • Folie 40
  • Folie 41
  • Die Verdampfungswaumlrme
  • Folie 43
  • 674 Verfluumlssigung (Kondensation)
  • Folie 45
  • Folie 46
  • 675 Die Waumlrmepumpe
  • Folie 48
  • Folie 49
Page 19: Kapitel 6 Wärmelehre 6. Wärmelehre 6.1 Wie entsteht Wärme? Handflächen reiben Seil herunterrutschen Bremsen beim Fahrrad, Auto, Zug Bohren (Versuch!! mit.

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

  • 6 Waumlrmelehre
  • Folie 2
  • 62 Die Natur der Waumlrme
  • Folie 4
  • 621 Die spezifische Waumlrme
  • Folie 6
  • Folie 7
  • Folie 8
  • 63 Waumlrmeuumlbertragung
  • Folie 10
  • 632 Waumlrmestroumlmung
  • Anwendungen zur Waumlrmestroumlmung
  • Folie 13
  • Folie 14
  • Folie 15
  • Folie 16
  • Folie 17
  • Folie 18
  • Folie 19
  • Folie 20
  • 64 Brennstoffe und ihr Heizwert
  • Folie 22
  • Folie 23
  • 65 Heizsysteme
  • Alternative Beheizungen
  • Folie 26
  • 66 Brandbekaumlmpfung
  • Brandbekaumlmpfung
  • 67 Zustandsaumlnderungen
  • Folie 30
  • Folie 31
  • Folie 32
  • Folie 33
  • Folie 34
  • Folie 35
  • Loumlten und Schweiszligen
  • 672 Anomalie des Wassers
  • Folie 38
  • 673 Verdampfen Sieden Verdunsten
  • Folie 40
  • Folie 41
  • Die Verdampfungswaumlrme
  • Folie 43
  • 674 Verfluumlssigung (Kondensation)
  • Folie 45
  • Folie 46
  • 675 Die Waumlrmepumpe
  • Folie 48
  • Folie 49
Page 20: Kapitel 6 Wärmelehre 6. Wärmelehre 6.1 Wie entsteht Wärme? Handflächen reiben Seil herunterrutschen Bremsen beim Fahrrad, Auto, Zug Bohren (Versuch!! mit.

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

  • 6 Waumlrmelehre
  • Folie 2
  • 62 Die Natur der Waumlrme
  • Folie 4
  • 621 Die spezifische Waumlrme
  • Folie 6
  • Folie 7
  • Folie 8
  • 63 Waumlrmeuumlbertragung
  • Folie 10
  • 632 Waumlrmestroumlmung
  • Anwendungen zur Waumlrmestroumlmung
  • Folie 13
  • Folie 14
  • Folie 15
  • Folie 16
  • Folie 17
  • Folie 18
  • Folie 19
  • Folie 20
  • 64 Brennstoffe und ihr Heizwert
  • Folie 22
  • Folie 23
  • 65 Heizsysteme
  • Alternative Beheizungen
  • Folie 26
  • 66 Brandbekaumlmpfung
  • Brandbekaumlmpfung
  • 67 Zustandsaumlnderungen
  • Folie 30
  • Folie 31
  • Folie 32
  • Folie 33
  • Folie 34
  • Folie 35
  • Loumlten und Schweiszligen
  • 672 Anomalie des Wassers
  • Folie 38
  • 673 Verdampfen Sieden Verdunsten
  • Folie 40
  • Folie 41
  • Die Verdampfungswaumlrme
  • Folie 43
  • 674 Verfluumlssigung (Kondensation)
  • Folie 45
  • Folie 46
  • 675 Die Waumlrmepumpe
  • Folie 48
  • Folie 49
Page 21: Kapitel 6 Wärmelehre 6. Wärmelehre 6.1 Wie entsteht Wärme? Handflächen reiben Seil herunterrutschen Bremsen beim Fahrrad, Auto, Zug Bohren (Versuch!! mit.

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

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  • Brandbekaumlmpfung
  • 67 Zustandsaumlnderungen
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  • Folie 32
  • Folie 33
  • Folie 34
  • Folie 35
  • Loumlten und Schweiszligen
  • 672 Anomalie des Wassers
  • Folie 38
  • 673 Verdampfen Sieden Verdunsten
  • Folie 40
  • Folie 41
  • Die Verdampfungswaumlrme
  • Folie 43
  • 674 Verfluumlssigung (Kondensation)
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  • Folie 46
  • 675 Die Waumlrmepumpe
  • Folie 48
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Page 22: Kapitel 6 Wärmelehre 6. Wärmelehre 6.1 Wie entsteht Wärme? Handflächen reiben Seil herunterrutschen Bremsen beim Fahrrad, Auto, Zug Bohren (Versuch!! mit.

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

  • 6 Waumlrmelehre
  • Folie 2
  • 62 Die Natur der Waumlrme
  • Folie 4
  • 621 Die spezifische Waumlrme
  • Folie 6
  • Folie 7
  • Folie 8
  • 63 Waumlrmeuumlbertragung
  • Folie 10
  • 632 Waumlrmestroumlmung
  • Anwendungen zur Waumlrmestroumlmung
  • Folie 13
  • Folie 14
  • Folie 15
  • Folie 16
  • Folie 17
  • Folie 18
  • Folie 19
  • Folie 20
  • 64 Brennstoffe und ihr Heizwert
  • Folie 22
  • Folie 23
  • 65 Heizsysteme
  • Alternative Beheizungen
  • Folie 26
  • 66 Brandbekaumlmpfung
  • Brandbekaumlmpfung
  • 67 Zustandsaumlnderungen
  • Folie 30
  • Folie 31
  • Folie 32
  • Folie 33
  • Folie 34
  • Folie 35
  • Loumlten und Schweiszligen
  • 672 Anomalie des Wassers
  • Folie 38
  • 673 Verdampfen Sieden Verdunsten
  • Folie 40
  • Folie 41
  • Die Verdampfungswaumlrme
  • Folie 43
  • 674 Verfluumlssigung (Kondensation)
  • Folie 45
  • Folie 46
  • 675 Die Waumlrmepumpe
  • Folie 48
  • Folie 49
Page 23: Kapitel 6 Wärmelehre 6. Wärmelehre 6.1 Wie entsteht Wärme? Handflächen reiben Seil herunterrutschen Bremsen beim Fahrrad, Auto, Zug Bohren (Versuch!! mit.

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

  • 6 Waumlrmelehre
  • Folie 2
  • 62 Die Natur der Waumlrme
  • Folie 4
  • 621 Die spezifische Waumlrme
  • Folie 6
  • Folie 7
  • Folie 8
  • 63 Waumlrmeuumlbertragung
  • Folie 10
  • 632 Waumlrmestroumlmung
  • Anwendungen zur Waumlrmestroumlmung
  • Folie 13
  • Folie 14
  • Folie 15
  • Folie 16
  • Folie 17
  • Folie 18
  • Folie 19
  • Folie 20
  • 64 Brennstoffe und ihr Heizwert
  • Folie 22
  • Folie 23
  • 65 Heizsysteme
  • Alternative Beheizungen
  • Folie 26
  • 66 Brandbekaumlmpfung
  • Brandbekaumlmpfung
  • 67 Zustandsaumlnderungen
  • Folie 30
  • Folie 31
  • Folie 32
  • Folie 33
  • Folie 34
  • Folie 35
  • Loumlten und Schweiszligen
  • 672 Anomalie des Wassers
  • Folie 38
  • 673 Verdampfen Sieden Verdunsten
  • Folie 40
  • Folie 41
  • Die Verdampfungswaumlrme
  • Folie 43
  • 674 Verfluumlssigung (Kondensation)
  • Folie 45
  • Folie 46
  • 675 Die Waumlrmepumpe
  • Folie 48
  • Folie 49
Page 24: Kapitel 6 Wärmelehre 6. Wärmelehre 6.1 Wie entsteht Wärme? Handflächen reiben Seil herunterrutschen Bremsen beim Fahrrad, Auto, Zug Bohren (Versuch!! mit.

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

  • 6 Waumlrmelehre
  • Folie 2
  • 62 Die Natur der Waumlrme
  • Folie 4
  • 621 Die spezifische Waumlrme
  • Folie 6
  • Folie 7
  • Folie 8
  • 63 Waumlrmeuumlbertragung
  • Folie 10
  • 632 Waumlrmestroumlmung
  • Anwendungen zur Waumlrmestroumlmung
  • Folie 13
  • Folie 14
  • Folie 15
  • Folie 16
  • Folie 17
  • Folie 18
  • Folie 19
  • Folie 20
  • 64 Brennstoffe und ihr Heizwert
  • Folie 22
  • Folie 23
  • 65 Heizsysteme
  • Alternative Beheizungen
  • Folie 26
  • 66 Brandbekaumlmpfung
  • Brandbekaumlmpfung
  • 67 Zustandsaumlnderungen
  • Folie 30
  • Folie 31
  • Folie 32
  • Folie 33
  • Folie 34
  • Folie 35
  • Loumlten und Schweiszligen
  • 672 Anomalie des Wassers
  • Folie 38
  • 673 Verdampfen Sieden Verdunsten
  • Folie 40
  • Folie 41
  • Die Verdampfungswaumlrme
  • Folie 43
  • 674 Verfluumlssigung (Kondensation)
  • Folie 45
  • Folie 46
  • 675 Die Waumlrmepumpe
  • Folie 48
  • Folie 49
Page 25: Kapitel 6 Wärmelehre 6. Wärmelehre 6.1 Wie entsteht Wärme? Handflächen reiben Seil herunterrutschen Bremsen beim Fahrrad, Auto, Zug Bohren (Versuch!! mit.

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

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  • Die Verdampfungswaumlrme
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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

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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

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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

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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

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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

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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  • Brandbekaumlmpfung
  • 67 Zustandsaumlnderungen
  • Folie 30
  • Folie 31
  • Folie 32
  • Folie 33
  • Folie 34
  • Folie 35
  • Loumlten und Schweiszligen
  • 672 Anomalie des Wassers
  • Folie 38
  • 673 Verdampfen Sieden Verdunsten
  • Folie 40
  • Folie 41
  • Die Verdampfungswaumlrme
  • Folie 43
  • 674 Verfluumlssigung (Kondensation)
  • Folie 45
  • Folie 46
  • 675 Die Waumlrmepumpe
  • Folie 48
  • Folie 49
Page 27: Kapitel 6 Wärmelehre 6. Wärmelehre 6.1 Wie entsteht Wärme? Handflächen reiben Seil herunterrutschen Bremsen beim Fahrrad, Auto, Zug Bohren (Versuch!! mit.

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

  • 6 Waumlrmelehre
  • Folie 2
  • 62 Die Natur der Waumlrme
  • Folie 4
  • 621 Die spezifische Waumlrme
  • Folie 6
  • Folie 7
  • Folie 8
  • 63 Waumlrmeuumlbertragung
  • Folie 10
  • 632 Waumlrmestroumlmung
  • Anwendungen zur Waumlrmestroumlmung
  • Folie 13
  • Folie 14
  • Folie 15
  • Folie 16
  • Folie 17
  • Folie 18
  • Folie 19
  • Folie 20
  • 64 Brennstoffe und ihr Heizwert
  • Folie 22
  • Folie 23
  • 65 Heizsysteme
  • Alternative Beheizungen
  • Folie 26
  • 66 Brandbekaumlmpfung
  • Brandbekaumlmpfung
  • 67 Zustandsaumlnderungen
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  • Loumlten und Schweiszligen
  • 672 Anomalie des Wassers
  • Folie 38
  • 673 Verdampfen Sieden Verdunsten
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  • Die Verdampfungswaumlrme
  • Folie 43
  • 674 Verfluumlssigung (Kondensation)
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  • Folie 46
  • 675 Die Waumlrmepumpe
  • Folie 48
  • Folie 49
Page 28: Kapitel 6 Wärmelehre 6. Wärmelehre 6.1 Wie entsteht Wärme? Handflächen reiben Seil herunterrutschen Bremsen beim Fahrrad, Auto, Zug Bohren (Versuch!! mit.

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

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  • 62 Die Natur der Waumlrme
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  • 621 Die spezifische Waumlrme
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  • 63 Waumlrmeuumlbertragung
  • Folie 10
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  • Anwendungen zur Waumlrmestroumlmung
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  • Folie 20
  • 64 Brennstoffe und ihr Heizwert
  • Folie 22
  • Folie 23
  • 65 Heizsysteme
  • Alternative Beheizungen
  • Folie 26
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  • 67 Zustandsaumlnderungen
  • Folie 30
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  • Folie 32
  • Folie 33
  • Folie 34
  • Folie 35
  • Loumlten und Schweiszligen
  • 672 Anomalie des Wassers
  • Folie 38
  • 673 Verdampfen Sieden Verdunsten
  • Folie 40
  • Folie 41
  • Die Verdampfungswaumlrme
  • Folie 43
  • 674 Verfluumlssigung (Kondensation)
  • Folie 45
  • Folie 46
  • 675 Die Waumlrmepumpe
  • Folie 48
  • Folie 49
Page 29: Kapitel 6 Wärmelehre 6. Wärmelehre 6.1 Wie entsteht Wärme? Handflächen reiben Seil herunterrutschen Bremsen beim Fahrrad, Auto, Zug Bohren (Versuch!! mit.

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

  • 6 Waumlrmelehre
  • Folie 2
  • 62 Die Natur der Waumlrme
  • Folie 4
  • 621 Die spezifische Waumlrme
  • Folie 6
  • Folie 7
  • Folie 8
  • 63 Waumlrmeuumlbertragung
  • Folie 10
  • 632 Waumlrmestroumlmung
  • Anwendungen zur Waumlrmestroumlmung
  • Folie 13
  • Folie 14
  • Folie 15
  • Folie 16
  • Folie 17
  • Folie 18
  • Folie 19
  • Folie 20
  • 64 Brennstoffe und ihr Heizwert
  • Folie 22
  • Folie 23
  • 65 Heizsysteme
  • Alternative Beheizungen
  • Folie 26
  • 66 Brandbekaumlmpfung
  • Brandbekaumlmpfung
  • 67 Zustandsaumlnderungen
  • Folie 30
  • Folie 31
  • Folie 32
  • Folie 33
  • Folie 34
  • Folie 35
  • Loumlten und Schweiszligen
  • 672 Anomalie des Wassers
  • Folie 38
  • 673 Verdampfen Sieden Verdunsten
  • Folie 40
  • Folie 41
  • Die Verdampfungswaumlrme
  • Folie 43
  • 674 Verfluumlssigung (Kondensation)
  • Folie 45
  • Folie 46
  • 675 Die Waumlrmepumpe
  • Folie 48
  • Folie 49
Page 30: Kapitel 6 Wärmelehre 6. Wärmelehre 6.1 Wie entsteht Wärme? Handflächen reiben Seil herunterrutschen Bremsen beim Fahrrad, Auto, Zug Bohren (Versuch!! mit.

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

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  • Anwendungen zur Waumlrmestroumlmung
  • Folie 13
  • Folie 14
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  • 65 Heizsysteme
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  • Loumlten und Schweiszligen
  • 672 Anomalie des Wassers
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  • 673 Verdampfen Sieden Verdunsten
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  • Folie 41
  • Die Verdampfungswaumlrme
  • Folie 43
  • 674 Verfluumlssigung (Kondensation)
  • Folie 45
  • Folie 46
  • 675 Die Waumlrmepumpe
  • Folie 48
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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

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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

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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  • Alternative Beheizungen
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  • 673 Verdampfen Sieden Verdunsten
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  • Die Verdampfungswaumlrme
  • Folie 43
  • 674 Verfluumlssigung (Kondensation)
  • Folie 45
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  • 675 Die Waumlrmepumpe
  • Folie 48
  • Folie 49
Page 32: Kapitel 6 Wärmelehre 6. Wärmelehre 6.1 Wie entsteht Wärme? Handflächen reiben Seil herunterrutschen Bremsen beim Fahrrad, Auto, Zug Bohren (Versuch!! mit.

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

  • 6 Waumlrmelehre
  • Folie 2
  • 62 Die Natur der Waumlrme
  • Folie 4
  • 621 Die spezifische Waumlrme
  • Folie 6
  • Folie 7
  • Folie 8
  • 63 Waumlrmeuumlbertragung
  • Folie 10
  • 632 Waumlrmestroumlmung
  • Anwendungen zur Waumlrmestroumlmung
  • Folie 13
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  • Folie 19
  • Folie 20
  • 64 Brennstoffe und ihr Heizwert
  • Folie 22
  • Folie 23
  • 65 Heizsysteme
  • Alternative Beheizungen
  • Folie 26
  • 66 Brandbekaumlmpfung
  • Brandbekaumlmpfung
  • 67 Zustandsaumlnderungen
  • Folie 30
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Volumsaumlnderungen beim Schmelzen und Erstarren

Versuch1

Paraffin erstarren lassen rarr Es zieht sich zusammen

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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

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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

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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

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

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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

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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

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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

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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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Bedeutung in der Natur Uumlberlege Aufgaben 111 bis 115 B S 18

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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

  • 6 Waumlrmelehre
  • Folie 2
  • 62 Die Natur der Waumlrme
  • Folie 4
  • 621 Die spezifische Waumlrme
  • Folie 6
  • Folie 7
  • Folie 8
  • 63 Waumlrmeuumlbertragung
  • Folie 10
  • 632 Waumlrmestroumlmung
  • Anwendungen zur Waumlrmestroumlmung
  • Folie 13
  • Folie 14
  • Folie 15
  • Folie 16
  • Folie 17
  • Folie 18
  • Folie 19
  • Folie 20
  • 64 Brennstoffe und ihr Heizwert
  • Folie 22
  • Folie 23
  • 65 Heizsysteme
  • Alternative Beheizungen
  • Folie 26
  • 66 Brandbekaumlmpfung
  • Brandbekaumlmpfung
  • 67 Zustandsaumlnderungen
  • Folie 30
  • Folie 31
  • Folie 32
  • Folie 33
  • Folie 34
  • Folie 35
  • Loumlten und Schweiszligen
  • 672 Anomalie des Wassers
  • Folie 38
  • 673 Verdampfen Sieden Verdunsten
  • Folie 40
  • Folie 41
  • Die Verdampfungswaumlrme
  • Folie 43
  • 674 Verfluumlssigung (Kondensation)
  • Folie 45
  • Folie 46
  • 675 Die Waumlrmepumpe
  • Folie 48
  • Folie 49
Page 36: Kapitel 6 Wärmelehre 6. Wärmelehre 6.1 Wie entsteht Wärme? Handflächen reiben Seil herunterrutschen Bremsen beim Fahrrad, Auto, Zug Bohren (Versuch!! mit.

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

  • 6 Waumlrmelehre
  • Folie 2
  • 62 Die Natur der Waumlrme
  • Folie 4
  • 621 Die spezifische Waumlrme
  • Folie 6
  • Folie 7
  • Folie 8
  • 63 Waumlrmeuumlbertragung
  • Folie 10
  • 632 Waumlrmestroumlmung
  • Anwendungen zur Waumlrmestroumlmung
  • Folie 13
  • Folie 14
  • Folie 15
  • Folie 16
  • Folie 17
  • Folie 18
  • Folie 19
  • Folie 20
  • 64 Brennstoffe und ihr Heizwert
  • Folie 22
  • Folie 23
  • 65 Heizsysteme
  • Alternative Beheizungen
  • Folie 26
  • 66 Brandbekaumlmpfung
  • Brandbekaumlmpfung
  • 67 Zustandsaumlnderungen
  • Folie 30
  • Folie 31
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  • Folie 33
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  • Loumlten und Schweiszligen
  • 672 Anomalie des Wassers
  • Folie 38
  • 673 Verdampfen Sieden Verdunsten
  • Folie 40
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  • Die Verdampfungswaumlrme
  • Folie 43
  • 674 Verfluumlssigung (Kondensation)
  • Folie 45
  • Folie 46
  • 675 Die Waumlrmepumpe
  • Folie 48
  • Folie 49
Page 37: Kapitel 6 Wärmelehre 6. Wärmelehre 6.1 Wie entsteht Wärme? Handflächen reiben Seil herunterrutschen Bremsen beim Fahrrad, Auto, Zug Bohren (Versuch!! mit.

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

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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

  • 6 Waumlrmelehre
  • Folie 2
  • 62 Die Natur der Waumlrme
  • Folie 4
  • 621 Die spezifische Waumlrme
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  • 63 Waumlrmeuumlbertragung
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  • 632 Waumlrmestroumlmung
  • Anwendungen zur Waumlrmestroumlmung
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  • 64 Brennstoffe und ihr Heizwert
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  • Folie 23
  • 65 Heizsysteme
  • Alternative Beheizungen
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  • 66 Brandbekaumlmpfung
  • Brandbekaumlmpfung
  • 67 Zustandsaumlnderungen
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  • Folie 32
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  • Folie 34
  • Folie 35
  • Loumlten und Schweiszligen
  • 672 Anomalie des Wassers
  • Folie 38
  • 673 Verdampfen Sieden Verdunsten
  • Folie 40
  • Folie 41
  • Die Verdampfungswaumlrme
  • Folie 43
  • 674 Verfluumlssigung (Kondensation)
  • Folie 45
  • Folie 46
  • 675 Die Waumlrmepumpe
  • Folie 48
  • Folie 49
Page 38: Kapitel 6 Wärmelehre 6. Wärmelehre 6.1 Wie entsteht Wärme? Handflächen reiben Seil herunterrutschen Bremsen beim Fahrrad, Auto, Zug Bohren (Versuch!! mit.

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

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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

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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

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

  • 6 Waumlrmelehre
  • Folie 2
  • 62 Die Natur der Waumlrme
  • Folie 4
  • 621 Die spezifische Waumlrme
  • Folie 6
  • Folie 7
  • Folie 8
  • 63 Waumlrmeuumlbertragung
  • Folie 10
  • 632 Waumlrmestroumlmung
  • Anwendungen zur Waumlrmestroumlmung
  • Folie 13
  • Folie 14
  • Folie 15
  • Folie 16
  • Folie 17
  • Folie 18
  • Folie 19
  • Folie 20
  • 64 Brennstoffe und ihr Heizwert
  • Folie 22
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  • 65 Heizsysteme
  • Alternative Beheizungen
  • Folie 26
  • 66 Brandbekaumlmpfung
  • Brandbekaumlmpfung
  • 67 Zustandsaumlnderungen
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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

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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

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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  • 64 Brennstoffe und ihr Heizwert
  • Folie 22
  • Folie 23
  • 65 Heizsysteme
  • Alternative Beheizungen
  • Folie 26
  • 66 Brandbekaumlmpfung
  • Brandbekaumlmpfung
  • 67 Zustandsaumlnderungen
  • Folie 30
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  • 673 Verdampfen Sieden Verdunsten
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  • Folie 41
  • Die Verdampfungswaumlrme
  • Folie 43
  • 674 Verfluumlssigung (Kondensation)
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  • Folie 46
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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

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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

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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

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

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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

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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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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

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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

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

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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

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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

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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

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

  • 6 Waumlrmelehre
  • Folie 2
  • 62 Die Natur der Waumlrme
  • Folie 4
  • 621 Die spezifische Waumlrme
  • Folie 6
  • Folie 7
  • Folie 8
  • 63 Waumlrmeuumlbertragung
  • Folie 10
  • 632 Waumlrmestroumlmung
  • Anwendungen zur Waumlrmestroumlmung
  • Folie 13
  • Folie 14
  • Folie 15
  • Folie 16
  • Folie 17
  • Folie 18
  • Folie 19
  • Folie 20
  • 64 Brennstoffe und ihr Heizwert
  • Folie 22
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  • 65 Heizsysteme
  • Alternative Beheizungen
  • Folie 26
  • 66 Brandbekaumlmpfung
  • Brandbekaumlmpfung
  • 67 Zustandsaumlnderungen
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  • Loumlten und Schweiszligen
  • 672 Anomalie des Wassers
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  • 673 Verdampfen Sieden Verdunsten
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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

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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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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

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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

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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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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

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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

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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

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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

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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

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Vorgang 1 bis 4 wiederholt sich rarrKreisprozess

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Versuch

Wir erwaumlrmen 5 kg Wasser

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vorher 25degC

nachher 50degC

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Erhaltene Waumlrmeenergie Q = 41875 25 = 523375 J = 14538 Wh

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  • 66 Brandbekaumlmpfung
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Page 49: Kapitel 6 Wärmelehre 6. Wärmelehre 6.1 Wie entsteht Wärme? Handflächen reiben Seil herunterrutschen Bremsen beim Fahrrad, Auto, Zug Bohren (Versuch!! mit.

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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