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SG033
Verdampfungswärme / Kondensationswärme r ©
H. Hübel Würzburg 2013
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Wenn einer Flüssigkeit Wärme zugeführt wird, erhöht sich i.A. zuerst ihre Temperatur, Anzeichen dafür, dass auch die innere Energie zugenommen hat. Bei einer bestimmten Temperatur aber, der Siedetemperatur, beginnt die Flüssigkeit zu verdampfen ohne dass sich die Temperatur verändert. Für ein sauberes Experiment sollte das aber so langsam und unter gründlichem Umrühren geschehen, dass Flüssigkeit und Gas in ihrem Inneren überall die gleiche Temperatur haben. Erst, wenn die Flüssigkeit ganz verdampft ist, führt Wärmezufuhr zu einer weiteren Temperaturerhöhung.
Die Wärme Q, die man bei der konstanten Siedetemperatur zuführen muss, um den Körper ganz zu verdampfen, heißt Verdampfungswärme. Diese hängt sicher von der Masse m ab, aber nicht von der Temperatur. Es gilt:
| Q = r·m |
r = Q/m heißt spezifische Verdampfungswärme, weil sie auf die Masse 1 kg bezogen ist. Es gilt: [r] = 1 kJ/kg. Eine spezifische Schmelzwärme 2257 kJ/kg bedeutet, dass man 2257 kJ benötigt, um 1 kg bei der Siedetemperatur zu verdampfen. Mit derselben Wärme könnte man ca. 5 l Wasser von 00C auf 1000C erwärmen. Für Wasser findet man:
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spezifische Wärmekapazität für Eis (00C) |
spezifische Schmelzwärme s |
spezifische Wärmekapazität von flüssigem Wasser |
spezifische Verdampungswärme r |
spezifische Wärmekapazität von Wasserdampf (1000C) |
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2,06 kJ/(kg·K) |
334 kJ/kg |
4,19 kJ/(kgK) |
2257 kJ/kg (!) |
1,87 kJ/(kg·K) |
Umgekehrt: Kühlt man Wasserdampf ab, sinkt i.A. zunächst dessen Temperatur, Anzeichen dafür, dass die innere Energie des Gases sinkt. Sobald die Kondensationstemperatur erreicht ist, beginnt der Wasserdampf nach und nach bei konstanter Temperatur zu kondensieren, bis aller Wasserdampf flüssig geworden ist. Für die dabei abgegebene Wärme gilt ebenfalls: Q = r·m. Erst dann führt weiterer Wärmeentzug zu einem weiteren Absinken der Temperatur.
Siedetemperatur und Kondensationstemperatur stimmen überein.
Die riesige spezifische Verdampfungswärme r birgt große Gefahren, wenn Wasserdampf auf der menschlichen Haut kondensiert.
Auch unterhalb der Siedetemperatur geht ein Teil einer Flüssigkeit in Gas über: Die Flüssigkeit verdunstet. Grund ist die Geschwindigkeitsverteilung der Flüssigkeitsmoleküle. Die schnellsten von ihnen haben soviel kinetische Energie, dass sie gegen die Bindungskräfte in der Flüssigkeit Arbeit verrichten und in den Gasraum entweichen können.