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Teewasserkochversuch

Versuch zur Umwandlung von elektrischer in thermische Energie

Theorie

Führt man einer bestimmten Menge Wasser Energie zu, so nimmt das Wasser dadurch mit der Zeit oft eine höhere Temperatur an. Umgangssprachlich sagt, man dass es sich erwärmt.

◦ Chemische Energie (Feuer)
◦ Kinetische Energie (Meteorit fällt ins Meer)
◦ Elektromagnetische Strahlungsenergie (Sonnenstrahlen)
◦ Elektromagnetische Strahlungsenergie (Mikrowelle)
◦ Elektrische Energie (Wasserkocher)

Wir betrachten jetzt die Umwandlung von elektrischer Energie in Wärmeenergie. Du brauchst:

◦ einen Wasserkocher
◦ einen Messbecher
◦ eine Stoppuhr

1. Schritt

Versuchsblatt anlegen: Nimm ein DIN-A4-Blatt hochkant. Schreibe als Überschrift: "Teewasserkochversuch". Schreibe ganz unten klein deinen Namen und das Datum auf. Zeichne in die obere Blätthälfte einen Wasserkocher. Die Skizze soll etwa so hoch sein, wie deine Hand breit ist. Skizziere, dass der Wasserkocher mit einem Liter Wasser gefüllt sein soll. Schreibe an die Skizze die ungefähre Außentemperatur (Kaltes Zimmer wären etwa 16 Grad, angenehmes Zimmer wären um die 20 Grad, warmes Zimmer wären etwa 25 bis 30 Grad, sehr warm wären mehr als 30 Grad. Auf dem Wasserkocher muss irgendwo seine elektrische Leistung stehen. Meistens steht so etwas auf einem kleinen aufgeklebten Schild am Boden. Die Leistung ist die Zahl vor der W (für Watt) oder vor einem kW (Kilowatt) oder vor einem VA (Voltampere, ist wie Watt). Schreibe ie Leistung mit auf das Versuchsblatt.

2. Schritt

Heizenergie berechnen: Ein Watt Leistung heißt bei einem Wasserkocher: in einer Sekunde geht ein Joule elektrische Energie in das Wasser und wird dort zu thermischer Energie. Die thermische Energie lässt die Temperatur des Wassers steigen. Die spezifische Wärmekapazität des Wassers sagt, wie viele Joule man für ein Kilogramm braucht, um es einen Grad wärmer zu machen. Ein Liter Wasser wiegt ziemlich genau ein Kilogramm. Um das Wasser zum Kochen zu bringen, muss man es von der Raumtemperatur auf 100 Grad Celsius erwärmen. Mit diesen Angaben weißt du, wie viele Joule du brauchst, um das Kilogramm Wasser auf 100 Grad Celsius zu bringen. Ein Grad Celsius ist vom Unterschied genau das Gleiche wie ein Kelvin. Wenn man das Wasser um 80 Grad Celsius erwärmen will, ist es das Gleich, wie eine Erwärmung um 80 Kelvin.

Schreibe auf das Versuchsblatt:

Masse Wasser: 1 kg
Spezifische Wärmekapazität Wasser: etwa 4200 Joule pro Kg und Kelvin
Raumtemperatur: _____________ °Celsius
Temperaturerhöhung bis zum Kochen: ________ °C
Benötigte Energie für 1 °C Erwärmung: ________ Joule
Benötigte Energie bis zum Kochen bei 100 Grad Celsius: ________ Joule

3. Schritt

Heizdauer berechnen: Wenn du jetzt weißt, wie viele Joule in das Wasser übergehen müssen, dann kannst du als nächstes berechnen, wie lange das dauert. Die Leistung des Waserkochers sagt, wie viele Joule in jeder Sekunde übergehen. Du kannst jetzt zum Beispiel mit dem Dreisatz berechnen, wie oft man die Energiemenge von einer Sekunde Heizen braucht, bis die gesamte Energiemenge übergegangen ist. Schreibe dann auf das Blatt:

Berechnete Heizdauer: _________ Sekunden

4. Schritt

Wasser kochen: Miss nun einen Liter Wasser ab, gib ihn in den Wasserkocher. Stelle den Kocher an und starte gleichzeitig die Stoppuhr. Miss die Zeit, die der Kocher braucht, bis das Wasser kocht. Das müssten einige wenige Minuten sein. Wasser kocht, wenn sichtbar große Blasen vom Boden aufsteigen. Das zischende Geräusch des Siedens geht dabei in ein ruhigeres Blubbern über. Schreibe die Zeit auf das Versuchsblatt:

Gemessene Heizdauer: __________ Sekunden

--- Ende ---

Siehe auch

=> Spezifische Wärmekapazität von Wasser
=> Werkstattversuche
=> Wärmeenergie
=> Grad Celsius
=> Wasserkocher
=> Temperatur