Die spezifische Wärmekapazität berechnen

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Die spezifische Wärmekapazität berechnen

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Unter der spezifischen Wärmekapazität versteht man die nötige Energiemenge, um 1 Gramm einer reinen Substanz um 1°C zu erhöhen. Sie ist abhängig von der molekularen Struktur und dem Aggregatzustand der Substanz. Die Entdeckung der spezifischen Wärmekapazität hat die Forschungen im Bereich der Thermodynamik vorangetrieben. Darunter versteht man die Erforschung von Energieumwandlungen, in denen die Wärme und die verrichtete Arbeit einer Anordnung eine große Rolle spielen. Die spezifische Wärmekapazität und Thermodynamik wird sehr extensiv in der Chemie, Kerntechnik und Aerodynamik verwendet. Außerdem findet man sie auch im Alltag in Form von Heizungen und Klimaanlagen in Autos. Wenn du mehr darüber erfahren möchtest, wie man die spezifische Wärmekapazität berechnen kann, folge einfach diesen Schritten.

Vorgehensweise

Methode 1

Methode 1 von 2:

Die Grundlagen lernen

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   Mache dich mit den Begriffen vertraut, die du zur Berechnung der spezifischen Wärmekapazität benötigst. Bevor du die Formel zur Berechnung der spezifischen Wärmekapazität lernst, ist es wichtig, sich mit den benötigten Begriffen vertraut zu machen. Du musst wissen, was die Symbole für jeden Begriff sind und welche Bedeutung diese haben. Hier sind die Begriffe, die für gewöhnlich in der Gleichung zur Berechnung der spezifischen Wärmekapazität einer Substanz verwendet werden:

   • Delta, oder das Symbol "Δ", stehen für die Änderung einer Variable.
     • Falls zum Beispiel deine erste Temperatur (T1) 90°C ist und deine zweite Temperatur (T2) 20°C, dann berechnest du ΔT (die Änderung der Temperatur) durch 90°-20° und erhältst als Wert 70°C.
   • Die Masse der Substanz wird durch "m" angegeben.
   • Die thermische Energie wird durch "Q" ausgedrückt. Als Einheit wird "J" oder Joule verwendet.
   • "T" steht für die Temperatur der Substanz.
   • Die spezifische Wärmekapazität wird durch "c" ausgedrückt.
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   Lerne die Gleichung für die spezifische Wärme kennen. Sobald du dich mit den Begriffen vertraut gemacht hast, solltest du die Gleichung zur Berechnung der spezifischen Wärme lernen. Die Formel lautet: C = Q/mΔt.

   • Du kannst die Formel auch umstellen, falls du beispielsweise statt der spezifischen Wärmekapazität, die benötigte Änderung der thermischen Energie berechnen willst. Sie würde dann folgendermaßen lauten:
     • ΔQ = mcΔt
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Methode 2

Methode 2 von 2:

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   Setze dich mit der Gleichung auseinander. Zuerst solltest du dir die Gleichung genau anschauen, um zu verstehen, was du zur Berechnung der spezifischen Wärmekapazität tun musst. Gehen wir von folgender Aufgabe aus: Finde die spezifische Wärmekapazität eines 350 g schweren unbekannten Materials heraus, auf das 34.700 Joules thermische Energie angewendet werden und dessen Temperatur von 22°C auf 173°C steigt.
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   Stelle eine Liste gegebener und gesuchter Größen auf. Sobald du die Aufgabe verstanden hast, solltest du eine Liste mit gegebenen und gesuchten Werten aufstellen, um einen besseren Überblick zu erhalten. Für unser Beispiel sieht das folgendermaßen aus:

   • m = 350 g
   • Q = 34.700 Joules
   • Δt = 173ºC - 22ºC = 151ºC
   • c = ?
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   Setze die gegebenen Werte in die Gleichung ein. Dir sollten alle Werte außer "c" bekannt sein. Also setze diese in die Ausgangsgleichung ein, um sie nach "c" aufzulösen. In unserem Beispiel sieht das so aus:

   • Ausgangsgleichung: ΔQ = mcΔt
   • c = 34.700 J/(350 g x 151ºC)
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   Löse die Gleichung. Nachdem du alle bekannten Werte in die Gleichung eingesetzt hast, kannst du sie mit einfacher Arithmetik lösen. Die spezifische Wärmekapazität für unser unbekanntes Material aus dem Beispiel beträgt 0,65657521286 J/(g x ºC).

   • c = 34.700 J/(350 g x 151ºC)
   • c = 34.700 J/(52850 g x ºC)
   • cp = 0,65657521286 J/(g x ºC)
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Tipps

• Metalle erwärmen sich schneller als Wasser aufgrund ihrer geringeren spezifischen Wärmekapazität.
• Manchmal wird ein Kalorimeter verwendet, um die Wärmemenge zu bestimmen, die während physikalischer, chemischer oder biologischer Prozesse freigesetzt wird.
• Bei der Berechnung der spezifischen Wärmekapazität solltest du wenn möglich einzelne Einheiten herauskürzen.
• Die Einheit für die spezifische Wärmekapazität lautet Joule pro Kilogramm und Kelvin. Sollte Wasser involviert sein, verwendet man auch die Einheit Kalorien.
• Unter gleichen Bedingungen sind Temperaturänderungen in den Materialien mit geringerer spezifischer Wärmekapazität größer.
• Du kannst die spezifische Wärmekapazität von vielen Objekten im Internet finden, um dein Ergebnis zu überprüfen.
• Lerne die Formel zur Berechnung der spezifischen Wärmekapazität von Lebensmitteln. Sie lautet c = 4,180 x w + 1,711 x p + 1,928 x f + 1,547 x c + 0,908 x a. Dabei steht "w" für Wasser, "p" für Eiweiß, "f" für Fett, "c" für Kohlenhydrate und "a" für andere Rückstände. Diese Gleichung bezieht den Masseanteil (x) von allen Festkörper mit ein, die in dem Lebensmittel vorzufinden sind. Das Ergebnis wird in der Einheit kJ/(kg-K) angegeben.

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