Wenn etwas brennt, setzt es Energie in Form von Wärme und Licht frei. Die Energiemenge, die von einer bestimmten Flamme freigesetzt wird, hängt vom verbrannten Brennstoff ab. Sie können die von einem Brennstoff freigesetzte Energiemenge testen, indem Sie die Temperaturänderung messen, die die Flamme in einem Wasserbehälter erzeugt. Eine Möglichkeit, die Energie zu messen, besteht darin, ein Kalorimeter zu bauen, das die Wärmemenge misst, die an einer chemischen Reaktion oder einem thermischen Prozess beteiligt ist.
Schritte
Teil 1 von 3: Aufbau eines einfachen Kalorimeters
Schritt 1. Messen Sie Wasser mit einem Messzylinder
Es ist wichtig, genau zu wissen, wie viel Wasser Sie verwenden. Auf diese Weise können Sie berechnen, wie viel Energie zum Erhitzen des Wassers aufgewendet wurde. Verwenden Sie einen Messzylinder, um 100 Milliliter (3,4 fl oz) Wasser für das Experiment genau abzumessen. Notieren Sie diesen Betrag in einem Notizbuch.
Schritt 2. Gießen Sie das Wasser in eine Getränkedose
Eine Aluminium-Sodadose leitet die Wärme effizienter als ein Glaszylinder. Achten Sie darauf, kein Wasser zu verschütten. Es ist wichtig, dass die von Ihnen aufgezeichnete Wassermenge korrekt ist.
Schritt 3. Stellen Sie die Dose über Ihre Kraftstoffquelle
Da die Wärme nach oben steigt, erhalten Sie die meiste Wärmeübertragung, wenn die Dose direkt über der Brennstoffquelle platziert wird. Verwenden Sie einen Ständer oder bauen Sie eine einfache Apparatur, um die Dose 6–8 cm (2,4–3,1 Zoll) über der Kraftstoffquelle zu halten. Verwenden Sie Metall, um die Dose an Ort und Stelle zu halten.
Materialien wie Holz oder Kunststoff können schmelzen oder Feuer fangen, also verwenden Sie unbedingt feuerfeste Materialien, um den Stand aufzubauen
Teil 2 von 3: Temperaturänderungen messen
Schritt 1. Messen Sie die Anfangstemperatur des Wassers
Ohne die Anfangstemperatur des Wassers können Sie nicht wissen, wie viel Wärme aufgenommen wurde. Legen Sie ein Thermometer ins Wasser und lesen Sie es ab. Schreiben Sie die Lesung auf, damit Sie sich genau daran erinnern können.
Ihr anfänglicher Messwert könnte beispielsweise 20 °C (68 °F) betragen. Am besten messen Sie in Celsius, das erleichtert Ihnen später das Rechnen
Schritt 2. Zünden Sie den Kraftstoff unter Wasser an
Verwenden Sie ein Streichholz oder einen Grillanzünder, um den Brennstoff zu entzünden. Zu den üblichen zu testenden Kraftstoffen gehören Erdnussöl, Pflanzenöl, Methanol oder Ethanol. Dieser Schritt sollte von oder mit einem beaufsichtigenden Erwachsenen durchgeführt werden.
- Tragen Sie Handschuhe und Schutzbrillen, um Ihre Augen und Hände zu schützen.
- Erstellen Sie vor dem Anzünden des Brennstoffs einen Sicherheitsplan für den Fall, dass etwas schief geht oder sich das Feuer ausbreitet. Halten Sie einen Feuerlöscher in der Nähe.
Schritt 3. Nehmen Sie eine letzte Temperaturmessung des Wassers vor
Nachdem der gesamte Kraftstoff verbrannt ist oder Sie ihn löschen, benötigen Sie eine zweite Temperaturmessung. Verwenden Sie dasselbe Thermometer und tauchen Sie es in das Wasser ein. Notieren Sie die Endtemperatur zur Berechnung der durch die Verbrennung des Brennstoffs freigesetzten Energie.
Ihr endgültiger Messwert sollte höher sein als Ihr anfänglicher Messwert. Je nach Kraftstoff kann es beispielsweise um 24 °C (75 °F) liegen
Teil 3 von 3: Berechnung der freigesetzten Energie
Schritt 1. Finden Sie den Temperaturunterschied
Subtrahiere die Anfangstemperatur von der Endtemperatur. Dies zeigt Ihnen an, wie stark die Wassertemperatur durch den darunter brennenden Kraftstoff verändert wurde. Wandeln Sie diese Zahl in Celsius um, wenn Ihre Messungen nicht in Celsius waren.
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Sie können eine Zahl von Fahrenheit in Celsius umrechnen, indem Sie die Gleichung C=(F−32)x5/9{displaystyle C=(F-32)x5/9} verwenden.
where C is the temperature in Celsius and F is the temperature in Fahrenheit.
- An example is 24 °C (75.2 °F) - 20 °C (68.0 °F) = 4 °C (39.2 °F).
Schritt 2. Multiplizieren Sie die Temperaturdifferenz mit der spezifischen Wärme des Wassers
Die spezifische Wärme von Wasser ist die Wärmemenge, die benötigt wird, um die Temperatur von 1 Gramm Wasser um 1 Grad Celsius zu erhöhen. Für Wasser beträgt die spezifische Wärme 1 Kalorie pro Gramm Celsius. Das bedeutet, dass 1 Kalorie benötigt wird, um 1 Gramm Wasser um 1 Grad Celsius zu erhitzen.
- Die Einheit für spezifische Wärme wird als 1 Kalorie / (Gramm x Grad Celsius) geschrieben.
- Die Multiplikation mit der Temperaturdifferenz ergibt 4 Grad Celsius x 1 Kalorie / (Gramm x Grad Celsius) = 4 Kalorien / Gramm.
Schritt 3. Berücksichtigen Sie die Masse des Wassers
Multiplizieren Sie nun das Produkt aus Wärmedifferenz und spezifischer Wärme mit der verwendeten Wassermenge. Beachten Sie, dass 1 ml Wasser 1 Gramm Wasser entspricht. Stellen Sie sicher, dass Sie die Einheit Gramm verwenden.
Dies ergibt Ihre Energiefreisetzung: 4 Kalorien / Gramm x 100 Gramm = 400 Kalorien
Schritt 4. Stellen Sie fest, dass Ihr System etwas Energie verliert
Während ein Teil der freigesetzten Wärme direkt nach oben und ins Wasser geht, ist Ihr System nicht perfekt. Ein Teil der Wärme geht an die Umgebungsluft verloren. Eine kleine Menge Wärme wird auch von der Dose selbst aufgenommen. Es gibt wenig, was getan werden kann, um den Wärmeverlust zu kompensieren.
Wenn Sie versuchen, hochpräzise Experimente durchzuführen, können Sie in ein kommerzielles Kalorimeter investieren, aber selbst dann sind die Ergebnisse möglicherweise nicht 100% effizient
Tipps
Sichern Sie die Dose sorgfältig auf einem Ständer, damit sie nicht umkippt oder auf die Flamme fällt. Stellen Sie außerdem sicher, dass sich die Dose nicht in der Nähe des Laptops befindet. Stellen Sie außerdem sicher, dass die Dose die Flamme nicht berührt. Dazwischen sollte etwas Platz sein
Warnungen
- Die Dämpfe einiger Stoffe sind giftig. Wenn Sie keinen Abzug haben, den Sie verwenden können, bleiben Sie bei Haushaltsbrennstoffen wie Kerzen.
- Feuer ist extrem gefährlich und Sie können sich leicht verbrennen. Seien Sie vorsichtig damit und halten Sie immer einen Feuerlöscher griffbereit.
