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SG033
Verdampfungswärme / Kondensationswärme
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H. Hübel Würzburg 2013 - 2024
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Impres-sum |
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 die Flüssigkeit ganz zu verdampfen, heißt Verdampfungswärme. Diese hängt 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 Verdampfungswärme 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 bzw. spezifische Kondensationswärme 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, die Kondensationswärme Q, gilt ebenfalls: Q = r·m. Erst dann führt weiterer Wärmeentzug zu einem weiteren Absinken der Temperatur.
| Siedetemperatur und Kondensationstemperatur
stimmen überein, ebenso Verdampfungswärme und Kondensationswärme. |
Zum Sieden wird Verdampfungswärme aufgenommen, beim Kondensieren wird Kondensationswärme freigesetzt.
Die riesige spezifische Verdampfungswärme bzw. Kondensationswärme r von Wasser birgt große Gefahren, wenn Wasserdampf auf der menschlichen Haut kondensiert und die Kondensationswärme freisetzt.
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.
Anwendung:
Mit der Verdampfungswärme hast du - unwissentlich - wohl
täglich zu tun: Im Kühlschrank! Dort
wird sehr geschickt die Tatsache genutzt, dass die Siedetemperatur
einer Flüssigkeit von ihrem Druck abhängt. Indem sich die unter
erhöhtem Druck stehende Kühlflüssigkeit entspannt, gerät ihre
Siedetemperatur unter die Temperatur des Kühlguts. Sie verdampft dann
und wird zum Gas. Dazu braucht sie Verdampfungswärme, die sie
dem Kühlgut im Inneren des Kühlschranks entzieht. Dabei nimmt dessen
innere Energie ab und es wird kälter.
( März 2013 ; 2024 ergänzt )