Spezifische Wärmekapazität – verschiedene Stoffe erwärmen

Was sie zeigt

Die spezifische Wärmekapazität c ist die Energie, die nötig ist, um 1 kg eines Stoffes um 1 K zu erwärmen; die übertragene Wärme beträgt daher Q = m·c·Δt. In der Simulation starten zwei Proben gleicher Masse bei derselben Temperatur und erhalten verlustfrei Wärme mit derselben Leistung P. Ihre Temperatur steigt linear mit der Zeit, mit der Steigung P/(m·c). Wasser mit c = 4200 J/(kg·K) erwärmt sich am langsamsten, Kupfer mit 380 J/(kg·K) am schnellsten. Das erklärt, warum Wasser als Kühlmittel dient und warum Küstenregionen geringere Temperaturunterschiede zwischen Tag und Nacht haben.

So funktioniert es

Wählen Sie für Stoff A und Stoff B zwei Stoffe, etwa Wasser und Aluminium, und lassen Sie beide gleich lange erwärmen. Vergleichen Sie die Temperaturanstiege auf den Thermometern und die Steigungen im Diagramm und prüfen Sie deren Verhältnis anhand der c-Werte. Klicken Sie nach einer Änderung von Masse jeder Probe oder Leistung der Wärmequelle auf Neu erwärmen und beobachten Sie, wie sich die Steigungen ändern, während ihr Verhältnis gleich bleibt.

Einstellbare Parameter

• Stoff A Wasser, Speiseöl, Aluminium, Kupfer, Eisen
• Stoff B Wasser, Speiseöl, Aluminium, Kupfer, Eisen
• Masse jeder Probe 0,1–3 kg
• Leistung der Wärmequelle 50–1500 W
• Anfangstemperatur 0–40 °C

Fragen zum Erkunden

1. Welcher Stoff erwärmt sich bei gleicher Heizdauer am stärksten, und warum?
2. Wie ändert sich die Steigung des Temperatur-Zeit-Diagramms, wenn die Masse jeder Probe verdoppelt wird?
3. Warum bestehen Kochtöpfe meist aus Metallen mit kleiner spezifischer Wärmekapazität?