Spezifische Wärmekapazität verschiedener Flüssigkeiten mit Cobra SMARTsense

Prinzip

Unterschiedliche Temperaturanstiege zeigen, dass Stoffe verschieden stark auf zugeführte Energie reagieren und daher unterschiedliche spezifische Wärmekapazitäten besitzen. In diesem Experiment untersuchen die Lernenden die spezifische Wärmekapazität verschiedener Flüssigkeiten, indem sie Wasser und Glycerin bei gleicher Wärmezufuhr erwärmen und die Temperaturänderung sowie Energie-Zufuhur messen. Mit Hilfe des Cobra SMARTsense Energy-Sensors werden Leistung und Energie digital erfasst, während ein Temperatursensor den Temperaturanstieg aufzeichnet. So erkennen die Lernenden den Zusammenhang zwischen zugeführter Energie und Temperaturänderung sowie die stoffabhängige Fähigkeit zur Wärmespeicherung.

Aufgaben

1. Die Lernenden bauen ein einfaches Schülerkalorimeter mit Temperaturfühler und Heizwendel auf.
2. Sie erwärmen nacheinander definierte Mengen Wasser und Glycerin bei gleicher Heizleistung über einen festgelegten Zeitraum und zeichnen Temperatur und Leistung auf.
3. Sie bestimmen aus den Messdaten die Temperaturänderung und berechnen die zugeführte Wärmeenergie.
4. Anschließend berechnen sie die spezifische Wärmekapazität der untersuchten Flüssigkeiten und vergleichen die Ergebnisse miteinander. Dabei diskutieren sie mögliche Einflüsse, etwa die Wärmekapazität des Kalorimeters oder Messunsicherheiten.

Lernziele

Durch diesen Versuch verstehen die Lernenden den Energiebegriff und den Zusammenhang zwischen Wärmeenergie, Masse und Temperaturänderung. Sie erkennen die spezifische Wärmekapazität als stoffabhängige Größe und Maß für die Fähigkeit eines Materials, Wärme zu speichern und lernen den Aufbau und die Funktionsweise eines Kalorimeters kennen. Durch die digitale Sensorik und Software zur Messwerterfassung und Auswertung entwickeln sie Kompetenzen in der Auswertung experimenteller Daten.

Vorteile

• Einfache Durchführung und Förderung des technischen Verständnisses mit einem selbst zusammenbaubaren Kalorimeter aus Standardlaborgeräten.
• Förderung des Verständnisses von Energieumwandlungen während Heizvorgängen.
• Hoher Alltagsbezug (z. B. Erklärung des Energieumsatzes beim Wasserkochen).
• Quantitative Auswertung durch Messung von Temperatur, Leistung und Energie mit digitalen Sensoren (Cobra SMARTsense).
• Kombination von klassischem Experiment und moderner Messwerterfassung.
• Möglichkeit zur Diskussion von Messabweichungen im Vergleich zu Literaturwerten.
• Schnelle und einfache Versuchsvorbereitung (Versuchsanleitung verfügbar).