PDF herunterladen
PDF herunterladen
Die Wärmekapazität eines Materials beschreibt, wie viel Energie man aufwenden muss, um eine Temperaturerhöhung um ein Grad zu erzielen. Zur Berechnung zieht man eine simple Formel heran – teile einfach die zugeführte Wärmeenergie durch die erzielte Temperaturveränderung um festzustellen, wie viel Energie pro Grad benötigt wurde. Die Wärmekapazität unterscheidet sich dabei von Material zu Material. (Quelle: Physiklehrbuch 10. Klasse)
Formel: Wärmekapazität = (zugeführte Wärmeenergie)/(Temperaturerhöhung)
Vorgehensweise
-
Kenne die Formel zur Berechnung der Wärmekapazität. Die Wärmekapazität eines Objekts kann berechnet werden, indem man die zugeführte Wärmeenergie (E) durch den entsprechenden Temperaturanstieg (T) teilt. Die Rechnung sieht folgendermaßen aus: Wärmekapazität= E / T.
- Beispiel: Man muss eine Energiemenge von 2000 Joules aufwenden, um einen Würfel um 5 Grad Celsius zu erhitzen – welche Wärmekapazität hat dieser Würfel?
- Wärmekapazität = E / T
- Wärmekapazität = 2000 Joules / 5 C
- Wärmekapazität = 400 Joules pro Grad Celsius (J/C)
-
Ermittle den Temperaturunterschied bei einem Anstieg um mehrere Grad Celsius. Wenn wir also die Wärmekapazität des Würfels berechnen möchten und wissen, dass wir 60 Joules aufwenden müssen, um die Temperatur des Würfels von 8 auf 20 Grad Celsius zu erhöhen, dann benötigen wir für unsere Formel zunächst die Temperaturdifferenz. Da 20 – 8 = 12, hat sich der Würfel um 12 Grad erwärmt. Daraus folgt:
- Wärmekapazität = E / T
- Wärmekapazität des Würfels = 60 Joules / (20C - 8C)
- 60 Joules / 12 C
- Wärmekapazität des Würfels = 5 J/C
-
Gib die korrekten Einheiten an. Eine Wärmekapazität von 300 ist nicht aussagekräftig, solange du nicht weißt, wie sie gemessen wurde. Die Wärmekapazität wird in aufgewendeter Energie pro Grad angegeben. Wenn wir die Energie in Joules und die Temperaturveränderung in Grad Celsius messen, lautet die Frage, wie viele Joules man pro Grad Celsius Erwärmung benötigt. Dementsprechend lautet unsere Antwort 300 J/C bzw. 300 Joules pro Grad Celsius.
- Falls wir die Wärmeenergie in Kalorien und die Temperatur in Kelvin messen, lautet unsere Antwort 300 C/K.
-
Diese Rechnung ist auch auf die Abkühlung von Objekten anwendbar. Wenn sich etwas um 2 Grad abkühlt, so verliert es exakt so viel Wärme, wie es hinzugewinnt, wenn es sich um 2 Grad erwärmt. Deshalb kannst du für die Frage "Welche Wärmekapazität hat ein Objekt, das 50 Joules an Energie verliert und sich dabei um 5 Grad Celsius abkühlt?“ wieder die bekannte Formel nutzen, um die Antwort zu ermitteln:
- Wärmekapazität: 50J / 5C
- Wärmekapazität = 10 J/C
Werbeanzeige
-
Die spezifische Wärmekapazität eines Materials beschreibt die Energiemenge, welche man benötigt, um ein Gramm des jeweiligen Materials um ein Grad zu erwärmen. Wenn du also die Wärmekapazität einer bestimmten Materialmenge kennst (ein Gramm, eine Unze, ein Kilogramm etc.), dann kannst du daraus die spezifische Wärmekapazität ableiten. Die spezifische Wärmekapazität beschreibt die Energiemenge, welche benötigt wird, um eine Materialeinheit um ein Grad zu erwärmen". Wenn wir also .417 Joules aufwenden müssen, um 1 Gramm Wasser um 1 Grad Celsius zu erwärmen, folgt daraus, dass die spezifische Wärmekapazität von Wasser .417 J/C pro Gramm beträgt.
- Die spezifische Wärmekapazität eines Materials ist konstant. Das heißt, dass reines Wasser stets die spezifische Wärmekapazität .417 J/C hat.
-
Nutze die Formel zur Berechnung der Wärmekapazität, um die spezifische Wärmekapazität eines Materials zu berechnen. Das geht ganz einfach, indem du die ermittelte Wärmekapazität durch die Masse des Objekts teilst. Dadurch erfährst du, wie viel der aufgewendeten Energie auf jedes Teilchen entfällt, zum Beispiel, wie viele Joules die Temperatur in einem Gramm Eis um 1 Grad Celsius erwärmen.
- Beispiel: "Ich habe 100 Gramm Eis. Man benötigt 406 Joules, um die Temperatur des Eises um 2 Grad Celsius anzuheben – was ist die spezifische Wärmekapazität von Eis?"'
- Wärmekapazität von 100g Eis = 406J / 2C
- Wärmekapazität von 100g Eis = 203 J/C
- Wärmekapazität von 1g Eis = 2.03 J/C pro Gramm
- Falls dich das verwirren sollte, stelle dir den Sachverhalt einfach folgendermaßen dar: Auf jedes einzelne Gramm Eis müssen 2,03 Joules verwendet werden, um eine Temperaturerhöhung um ein Grad zu erzielen. Wenn wir also 100 Gramm Eis erwärmen wollen, brauchen wir auch die hundertfache Menge an Energie.
-
Nutze die spezifische Wärmekapazität eines Materials, um zu ermitteln, wie viel Energie für eine beliebige Temperaturerhöhung benötigt wird. Die spezifische Wärmekapazität sagt aus, wie viel Energie aufgewendet werden muss, um eine Einheit des jeweiligen Materials (normalerweise ein Gramm) um ein Grad zu erwärmen. Zur Ermittlung der Energiemenge, die wir benötigen, um ein beliebiges Objekt bis zu einer gewissen Temperatur zu erwärmen, multiplizieren wir einfach die einzelnen Werte: Benötigte Energie = Masse x spezifische Wärmekapazität x Temperaturveränderung. Das Ergebnis wird stets in der jeweiligen Maßeinheit für Energie angegeben, z. B. Joules.
- Beispiel:" Wie viele Joules muss man aufwenden, um 5 Gramm Aluminium um 2 Grad Celsius zu erwärmen, wenn die spezifische Wärmekapazität von Aluminium .902 Joules pro Gramm beträgt?
- Benötigte Energie = 5g x .902J/C x 2C
- Benötigte Energie = 9.2 J
-
Kenne die spezifische Wärmekapazität häufig vorkommender Materialien. Um ein bisschen Übung zu bekommen, solltest du dir die spezifische Wärmekapazität von Materialien anschauen, mit denen du häufig in Kontakt kommst (sei es in Tests oder im echten Leben). Was fällt dir auf? Zum Beispiel, dass die spezifische Wärmekapazität von Metall deutlich geringer ist als die von Holz – das ist der Grund, weshalb sich ein Löffel aus Metall, den man nach dem Umrühren im Kaffeebecher lässt, deutlich schneller erhitzt als einer aus Holz. Eine niedrigere spezifische Wärmekapazität heißt demnach, dass sich ein Objekt schneller erwärmt.
- Wasser: 4.179 J/C
- Luft: 1.01 J/C
- Holz: 1.76
- Aluminium: .902 J/C
- Gold: .129 J/C
- Eisen: .450 [1] X Forschungsquelle
Werbeanzeige
Tipps
- Die SI-Einheit, in der die Wärmekapazität angegeben wird, ist Joules pro Kelvin, nicht einfach nur Joules.
- Die Temperaturveränderung wird in Delta Einheit Temperatur angegeben, nicht in Einheit Temperatur (also 30 Delta K, nicht einfach 30K).
- Die Wärmeenergie wird in Joule angegeben (S.I) [empfohlen].
Werbeanzeige
Werbeanzeige
Melde dich für den kostenlosen wikiHow Newsletter an!
Du erhältst hilfreiche Tipps und Anleitungen jede Woche direkt in deine Inbox.
Registriere mich!
