Wärmekapazität eines Kalorimeters bestimmen

kaysay · Anmeldungsdatum: 25.07.2011 Beiträge: 1

Meine Frage:
hallo alle zusammen,
ich habe ien ein kleines problem bei der auswertung eines versuches. und zwar wird dabei ein kalorimeter (gewicht: 0,35 kg) mit wasser befüllt (gemessenes gewicht 0,245kg). das wasser wurde dann durch eine heizspirale, die am deckel des kalorimeters befästigt war, erhitz. die ausgangstemp. war 16,2K. nach 6min hatte das wasser eine temp von 32,8°C - dT ist also 16.6°C. die spannung betrug im durchschnitt 11.6 V und die stromstärke 4.04 A. jetzt soll ich die wärmekapazität (nicht die spezifische!!!) des kalorimeters berechenen

Meine Ideen:
ich habe zuerst dQ=dW=U*I*t=11,6V*4,04A*360s=16871,04J gerechnet.
um jetzt die wärmekapazität des kalorimeters zu bestimmen habe ich
C=dQ/dT-mw*cw=16871.04J/16,6K-0,245kg*4187J7kg*K=-9,49 J/K gerechnet.
das ergebnis ist aber laut prof bzw hersteller 100J/K.
ich weiß nicht was ich da falsch gemacht habe - ich hoffe ihr könnt mir helfen...
ich danke euch schonmal im voraus für eure antworten

para · Moderator Anmeldungsdatum: 02.10.2004 Beiträge: 2874 Wohnort: Dresden

Wie groß sind denn die experimentellen Unsicherheiten der einzelnen angegebenen Messwerte? Du ziehst immerhin zwei Werte der Größenordnung 1000 voneinander ab, und erwartest eine Differenz der Größenordnung 100.

kaysay1 · Gast

@para
meinst du mit experimentellen unsicherheiten ob die gemessenen werte genau sind??? sie wurden von mir und meinem veruschspartner alle 30 sekunden abgelesen und dokumentiert - das sind also die durchschnittswerte.
ich hätte evtl noch erwähnen sollen, dass ich kein physik studiere sondern physik nur als fach im facility management studium habe...

para · Moderator Anmeldungsdatum: 02.10.2004 Beiträge: 2874 Wohnort: Dresden

Bei Experimenten ist es immer wichtig, nicht nur zu wissen was man gemessen hat, sondern auch wie sicher diese Werte (also wie groß die zu erwartenden Abweichungen) sind. Die Unsicherheiten der einzelnen Messwerte wirken sich auf das berechnete Endergebnis aus.

In deinem Beispiel hast du die Schwierigkeit, zwei recht große Werte voneinander abzuziehen, wobei die Differenz nur etwa ein Zehntel so groß sein soll wie diese Werte. Das bedeutet, dass die beiden Werte (die zugeführte Wärme auf der einen, die vom Wasser aufgenommene Wärme auf der anderen Seite) mit einer relativen Unsicherheit von deutlich weniger als 10% ermittelt sein müssen, damit man ein sinnvolles Resultat erwarten kann.

Kalorimetrische Versuche zählen im physikalischen Praktikum oft zu den Experimenten mit den höchsten resultierenden Unsicherheiten. Das liegt vor allem an den Schwierigkeiten, Temperaturen im thermischen Gleichgewicht zu messen, und unerwünschten Wärmeaustausch mit der Umgebung zu verhindern.

Du hast eine negative Wärmekapazität errechnet. Das heißt es wurde scheinbar mehr Wärme vom Wasser aufgenommen, als in Form elektrischer Energie zugeführt wurde.

Dafür könnte es auch verschiedene systematische Gründe geben:

Bei der Berechnung der vom Wasser aufgenommenen Wärme: Waren es tatsächlich exakt 245g Wasser? Könnte z.B. beim Einfüllen nach dem Abmessen etwas "verloren gegangen" sein?
(Die Wärmekapazität von Wasser ist auch leicht abhängig von der Temperatur, sowie der Zusammensetzung. Aber ich denke nicht, dass das hier eine zu große Rolle spielt.)
Bei der Bestimmung der zugeführten Wärme: du sprichst von Mittelwerten - wie groß waren die Schwankungen von Strom und Spannung? (Der Mittelwert der elektrischen Leistung ist i.A. nicht gleich dem Produkt der Mittelwerte von Strom und Spannung.)
Bei der Bestimmung der Temperaturen: Wann hast du die anfängliche Temperatur des Wassers bestimmt - vor oder nach dem Einfüllen in das Kalorimeter? Wie hast du die Endtemperatur bestimmt? Kann es sein, dass in der Nähe des Heizelements gemessen, und deshalb eine höhere Temperatur erhalten wurde?
Welche Umgebungstemperatur hattest du bei dem Versuch? Eine perfekte Wärmeisolation ist nie zu realisieren.
...

Weitere Einflüsse sind denkbar. Systematische Abweichungen in Experimenten festzustellen ist ein Teil der Herausforderung experimenteller Arbeit in der Physik.

Um die konkrete Ursache in deinem Fall herauszufinden, muss man sich mit den Details des Experiments auseinandersetzen.