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SG027 Schmelzwärme / Erstarrungswärme

Innere Energie

Temperatur

Glossar 

Physik für Schülerinnen und Schüler

Wenn einem festen Körper Wärme zugeführt wird, erhöht sich i.A. zuerst seine Temperatur, Anzeichen dafür, dass auch die innere Energie zugenommen hat. Bei einer bestimmten Temperatur aber, der Schmelztemperatur, beginnt der Körper zu schmelzen ohne dass sich die Temperatur verändert. Für ein sauberes Experiment sollte das aber so langsam geschehen, dass der feste Körper in seinem Inneren überall die gleiche Temperatur hat. Erst, wenn der Körper ganz geschmolzen ist, führt Wärmezufuhr zu einer weiteren Temperaturerhöhung.

Die Wärme Q, die man  bei der konstanten Schmelztemperatur zuführen muss, um den Körper ganz zu schmelzen, heißt Schmelzwärme. Diese hängt sicher von der Masse m ab, aber nicht von der Temperatur. Es gilt:

   Q = s·m   

s = Q/m heißt spezifische Schmelzwärme, weil sie auf die Masse 1 kg bezogen ist.  Es gilt: [s] = 1 kJ/kg. Eine spezifische Schmelzwärme 334 kJ/kg bedeutet, dass man 334 kJ benötigt, um 1 kg bei der Schmelztemperatur zu schmelzen. Dieselbe Wärme würde ausreichen, Wasser von 00C auf ca. 800C zu erwärmen. Für Wasser findet man:

spezifische Wärmekapazität für Eis (00C)

spezifische Schmelzwärme s

spezifische Wärmekapazität von flüssigem Wasser

spezifische Verdampungswärme r

spezifische Wärmekapazität von Wasserdampf (1000C)

2,06 kJ/(kg·K)

334 kJ/kg

4,19 kJ/(kgK)

2257 kJ/kg (!)

1,87 kJ/(kg·K)

Umgekehrt: Kühlt man flüssiges Wasser ab, sinkt i.A. zunächst dessen Temperatur, Anzeichen dafür, dass die innere Energie des Wassers sinkt. Sobald die Erstarrungstemperatur erreicht ist, beginnt das Wasser nach und nach bei konstanter Temperatur zu erstarren, bis alles Wasser fest geworden ist (Eis). Für die dabei abgegebene Wärme gilt ebenfalls: Q = s·m. Erst dann führt weiterer Wärmeentzug zu einem weiteren Absinken der Temperatur.

Erstarrungstemperatur und Schmelztemperatur stimmen überein.

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( März 2014 )