Wärmekapazität der Bombenkalorimetrie

Question

Aufgabe:

Zur Kalibrierung eines solchen Gerätes, muss eben die Wärmekapazität des Kalorimeters

ermittelt werden. Dies geschieht, indem ein Tauchsieder in das Kalorimeterbad gehalten wird
und eine bestimmte Menge Energie dem System zuführt. Unser Kalorimeter sei mit 1 L Wasser
(cp = 4184 J ∙ K
−1
∙ kg−1
) gefüllt und der Tauchsieder übertrage eine elektrische Energie von
1,5 kJ. Welche Wärmekapazität hat unser Kalorimeter, wenn sich das Wasserbad um 0,5 K
erwärmt?

Problem/Ansatz:

Answer 1

Grüße chemweazle,

Zur Wärmekapazität der Bombenkalorimetrie
Wärmekapazität des Bombenkalorimeters

Zur Kalibrierung eines solchen Gerätes, muss eben die Wärmekapazität des Kalorimeters ermittelt werden. Dies geschieht, indem ein Tauchsieder in das Kalorimeterbad gehalten wird und eine bestimmte Menge Energie dem System zuführt.

Unser Kalorimeter sei mit 1 L Wasser, (cp = 4184 J ∙ K⁻¹∙ kg⁻¹) gefüllt und der Tauchsieder übertrage eine elektrische Energie von 1,5 kJ.

Welche Wärmekapazität hat unser Kalorimeter, wenn sich das Wasserbad um 0,5 K erwärmt?

Die zugeführte elektrische Energie, w_el = U * I * t, wurde vollständig in Wärme umgewandelt.

Bei einem Wasserbad mit der Kalorimetrischen Bombe mit offenem Deckel oder ohne Deckel ist die zugeführte Energie die Entahlpie-Änderung der Kalorimetrischen Apparatur.

Also: w_el = 1,5 KJ = ΔH = Q_p

Die Wärme wird dann bei konstantem Druck zugeführt, Q = Q_p = ΔH

Oder falls die gesamte Vorrichtung(Apparatur), Bestehend aus dem Wasserbad, Bombe und Thermometer einen Deckel ohne Loch, keine Öffnung hat, dann ist die zugeführte Wärme-Energie von 1,5 KJ die Zunahme der Inneren Energie, ΔU

Also: w_el = 1,5 KJ = ΔU = Q_v

Die Temperaturänderung(Zunahme) lautet: Δ T = 0,5 K, entsprechend Δ θ = 0,5 ^°C.

Anm.:

Wenn man bei jeder Messung dafür Sorge trägt, daß 1 l Wasser in der Kalorimeterapparatur bei Raumtemperatur vorhanden ist, benötigt zur Bestimmung der Wärmekapazität der Kalorimetrischen Gesamtapparatur die spez. Wärmekapazität des reinen Wassers nicht.

Die Wärmekapazität der Kalorimetrischen Gesamt-Apparatur sei K:

$$K = \dfrac{1,5\cdot KJ}{0,5\cdot K} = \frac{3\cdot KJ}{K} = 3000\cdot J\cdot K^{-1} $$

Man muß die Wärmekapazität vom Wasserbad plus Bombe plus Thermometer, also der Gesamtapparatur bestimmen.

Alternative

Oft wird auch noch eine Kalibriermessung durch Verbrennung einer gegeben, bekannten Menge von Benzoësäure als Kalibriersubstanz durchgeführt.

Die Molare Verbrennungwärme, ΔU_c,m von Benzoësäure ist bekannt. Wird eine definierte Substanzmenge verbrannt und die Temperaturänderung dabei verfolgt, so kann aus der berechneten Verbrennungswärme, Stoffmenge mal Molare Verbrennungwärme, geteilt durch die Temperaturzunahme, die Wärmekapazität der gesamten Kalorimeter-Apparatur bestimmt werden.