Wärmekapazität von Öl und Wasser

gatzi · Anmeldungsdatum: 21.04.2008 Beiträge: 6

eine Frage.
Wenn ich die gleiche Menge Öl und Wasser erwärme erhalte ich logischerweise verschiedene Wirkungsgrade. Die spezifische Wärmekapazität von Öl betragt 1,67 kJ/kgK und von Wasser 4,18 kJ/kgK. Es heißt also, dass ich dem Wasser eine höhere Wärmemenge zuführen muss um eine Temperaturerhöhung von einem Kelvin zu erreichen. Dies bedeutet einen höheren Energieverbrauch bei Wasser. Wieso drückt sich das aber nicht in einem günstigeren Wirkungsgrad bei der Erwärmung des Öls aus, da ich doch eigentlich 1/3 weniger Energie benötige um die Ölmenge zu erwärmen?

Wie verhält sich das theoretisch?

Ich verstehe, dass Wasser nur bis Siedetemperatur erhitzt werden kann und somit auch weniger Leistung aus dem Netz entnommen. Wenn ich aber Öl auf 100°C erhitzen will kann ich mit höheren Heiztemperaturen fahren und ziehe somit mehr Leistung aus dem Netz. Die Zeit ist beim Erwärmen von Öl jedoch aber auch geringer.

Wenn ich dann über Q=c*m*T meine Wärmekapazität berechne und daraus den Gesamtverbrauch und diesen mit dem abgelesenen Wert am Stromzähler ins Verhältnis setze, ergibt sich bei Öl ein schlechterer Wirkungsgrad als bei Wasser, wieso ist das so?

Hat das mit der Konvektion und Viskosität des Öls zu tun??

Vielen Dank für eure Hilfe

dermarkus · Administrator Anmeldungsdatum: 12.01.2006 Beiträge: 14788

Die spezifische Wärmekapazität sagt aus, wieviel Energie du zum Erwärmen brauchst.

Der Wirkungsgrad hingegen sagt aus, welcher Anteil der zugeführten Energie bei einem Vorgang genutzt wird (und damit kann man dem Wirkungsgrad die Information entnehmen, welcher Anteil der zugeführten Energie bei dem Vorgang verloren geht).

Der Wirkungsgrad eines Vorgangs hat also erstmal nichts mit der spezifischen Wärmekapazität der bei diesem Vorgang erwärmten Stoffe zu tun. Sondern allenfalls damit, dass der Apparat, den du für diesen Vorgang verwendest, vielleicht mehr für das eine als für das andere optimiert ist.

Welchen Vorgang meinst du da genau, welches Experiment mit welcher Apparatur möchtest du da durchführen bzw. hast du da durchgeführt?

gatzi · Anmeldungsdatum: 21.04.2008 Beiträge: 6

Hallo,

nehmen wir eine Friteuse an. Die Heizstäbe der Friteuse heizen sich und somit das Öl bis 180°C auf. Würde ich anstelle des Öls Wasser einsetzen würden die Heizstäbe nicht auf diese Temperatur heizen können, da doch Wasser die Stäbe viel mehr kühlt als das Öl.
Könnte ich das so erklären?

Wenn ich die gleiche Menge Öl und Wasser erhitze muss die Energie doch auf jeden Fall in das Medium fließen, egal ob nun in der Friteuse Wasser oder Öl ist.

Beispiel:

ich habe 35kg Öl und 35kg Wasser die Ausgangstemperatur von ca. 22°C die spezifischen Wärmekapazitäten für Wasser (4,18kJ/kgK) und Öl (1,67 kJ/kgK) und will beide auf 100°C aufheizen.
Am Stromzähler habe ich nach dem Vorgang bei Wasser einen Verbrauch von ca. 4,2kWh und bei Öl 2,7kWh. Die Zeit die ich benötige um diese Menge Wasser zu erhitzen sind ca. 10min und bei Öl ca. 7min

Über Q=c*m*deltaT erhalten ich für Q Wasser=3,13kWh und für Q Öl=1,25kWh

Daraus kann ich doch den Wirkungsgrad errechnen:

Wirkungsgrad für Wasser=3,13kWh*100%/4,2kWh =75%

Wirkungsgrad für Öl=1,25kWh*100%/2,7kWh =46%

Ist das nicht so????

dermarkus · Administrator Anmeldungsdatum: 12.01.2006 Beiträge: 14788

gatzi · Anmeldungsdatum: 21.04.2008 Beiträge: 6

Das sind im Rahmen meiner Diplomarbeit tatsächlich ermittelte Werte. Leider sind mir die physikalischen Grundlagen nicht so geläufig und ich muss hier einige Dinge nachfragen

dermarkus · Administrator Anmeldungsdatum: 12.01.2006 Beiträge: 14788

Okay, dann geht ganz offenbar in diesem speziellen Versuch und in dieser Versuchsgeometrie beim Erhitzen von Öl prozentual mehr Energie verloren als beim Erhitzen von Wasser.

Könnte das zum Beispiel daran liegen, dass die Wärmeleitung von Öl an die Luft darüber stärker sein könnte als die Wärmeleitung von Wasser an die Luft darüber?

Hast du weitere Versuchsergebnisse zum Beispiel für andere Heizleistungen für Öl und Wasser, die weitere Aufschlüsse darüber geben könnten, wann welche Verluste groß bzw. klein sind?

Wie gut sind die Wände der Friteuse temperaturisoliert? Werden sie warm oder heiß und geben so Wärmeenergie ab? Gibt es nennenswerten Kontakt zwischen Öl oder Wasser und der Außenluft, wie ich es gerade vermutet hatte, oder ist der Deckel der Friteuse geschlossen (und eventuell ebenfalls gut isoliert)?

gatzi · Anmeldungsdatum: 21.04.2008 Beiträge: 6

Ich konnte feststellen, dass ich beim Erhitzen von Öl auf 180°C auch nur Wirkungsgrade von ca. 60% erhalte. Der Deckel des Gerätes ist geöffnet, jedoch ist die Luft darüber in Ruhe, also es steht nicht im Luftzug. Die sensible Wärmeabgabe des Gerätes die in den Raum abgestrahlt wird beträgt ca. 1kWh im Leerzustand bei einer Stunde.
Daran liegt dieser Unterschied wahrscheinlich auch nicht.

Kann beim Kontakt von Öl mit der Luft mehr Wärme abgegeben werden als beim Kontakt von Wasser mit der Luft?
Eigentlich speichert das Öl die Wärme doch viel besser als Wasser, und beim erhitzen fängt Öl nicht an zu sprudeln, zumindest nicht bei 100°C was für mich bei Wasser eigentlich mehr Luftkontakt bedeutet.

Ich kann es mir leider nicht erklären

dermarkus · Administrator Anmeldungsdatum: 12.01.2006 Beiträge: 14788

Dann variieren die Wirkungsgrade ja schon recht kräftig. Magst du mal deine Datenpunkte genauer zum Beispiel in einer Tabelle oder in einem Diagramm auftragen?

Magst du vielleicht mal gezielt nur den Zusammenhang zwischen verlorengegangener Wärmeenergie und Temperatur von Behälterwand bzw. Heizstäben und Heizdauer untersuchen?

Wo sitzen die Heizstäbe der Friteuse? Können sie auch einen Teil ihrer Wärmeenergie nach außen abgeben?

Bei welcher Behältertemperatur hast du diese Wärmeabgabe von 1 kWh pro Stunde gemessen? Die Wärmeabgabe des Behälters wird sicher sehr stark von dessen Temperatur abhängen.

Kennst du aus den Anfängerpraktikumsversuchen oder aus Schulversuchen noch das mit dem Kalorimeterwert? Damit berücksichtigt man in Wärmemischversuchen die Temperaturänderung des Behälters.

Magst du mal schauen, ob und wie sich die Werte für die Wärmeleitfähigkeit von Wasser und Öl unterscheiden? Oder mal messen, wie gleichmäßig das Aufheizen in dem Behälter erfolgt? Ich würde zum Beispiel vermuten, dass ein ungleichmäßigeres Aufheizen mehr heiße und kalte Stellen erzeugt, und das würde eine stärkere Wärmeabstrahlung bedeuten als bei einer mittleren Temperatur.

JSJS1 · Gast

Ist die Wärmekapazität von Wasser nicht 4,19 KJ/Kg*C°??

TheBartman · Anmeldungsdatum: 09.07.2009 Beiträge: 482

JSJS1 · Gast

achso dann stehts in meinem Physikbuch falsch drinnen

TheBartman · Anmeldungsdatum: 09.07.2009 Beiträge: 482

JSJS1 · Gast

Stefan_H. · Gast

Der eigentliche Grund, warum sich Wasser besser aufheizt als z.B. Öl liegt in der Molekularstruktur (aus der sich schlussendlich auch die Dichte der Medien berechnen lässt). Die Teilchenschwingung von Wasser ist wesentlich höher als z.B. bei Öl.
Zum Vergleich: Man halte ein Feuerzeug 10 s lang an einen einen Löffel aus Stahl und vergleiche die Erwärmung (sowie spätere Abkühlung) mit dem gleichen Versuch an einer Porzellantasse.

TheBartman · Anmeldungsdatum: 09.07.2009 Beiträge: 482

Die molekulare Struktur IST zwar der eigentliche Grund aber eben auch Grundlage für die spezifische Wärmekapazität.

Da es aber unpraktisch ist immer bei Adam und Eva (oder eben bei molekulren Strukturen) anzufangen, hat ein schlauer Mensch sowas wie die Wärmekapazität erfunden, die man sehr schön tabellarisch ordnen und nachschlagen kann.

Gast XY · Gast

Hallo,
Wasser weist eine ca. viermal höhere Wärmeleitfähigkeit auf als Öl. Deshalb wird bei Wasser eine größere Wärmemenge von den Heizstäben durch das Wasser in der Fritöse an die Luft geleitet.
VG