Erklärung — Energie ohne Temperaturänderung
Während Eis schmilzt oder Wasser siedet, zeigt das Thermometer immer denselben Wert. Die zugeführte Energie steigert nicht die Bewegung der Teilchen, sondern reißt sie auseinander. Deshalb hängt diese Wärme nur von der Masse ab — nicht von einer Temperaturdifferenz.
- Ohne Temperaturänderung:Beim Schmelzen und Sieden zeigt das Thermometer immer denselben Wert, obwohl Energie zugeführt wird.
- Nur die Masse zählt:Diese Wärme hängt allein von der Masse ab: Q = qs · m beziehungsweise Q = qv · m.
- Materialwerte:Für Wasser gilt qs = 334 kJ/kg und qv = 2256 kJ/kg.
- Rechnen in Abschnitten:Mehrstufige Vorgänge zerlegst du in Erwärmen mit Q = c · m · ΔT und Umwandeln mit Q = q · m und addierst am Schluss.
m = Masse in kg
qs = spezifische Schmelzwärme in kJ/kg, für Wasser 334 kJ/kg
qv = spezifische Verdampfungswärme in kJ/kg, für Wasser 2256 kJ/kg
Soll Eis bis zum Dampf gebracht werden, rechnest du in Abschnitten: Eis erwärmen, schmelzen, Wasser erwärmen, verdampfen — mit Q = c · m · ΔT für die schrägen Stücke und Q = q · m für die waagerechten. Die Gesamtwärme ist die Summe der Teilbeträge. Der Vergleich zeigt sofort, wer der Energiefresser ist: 1 kg Wasser von 0 °C auf 100 °C zu erwärmen kostet 418 kJ, dasselbe Kilogramm dann zu verdampfen 2256 kJ — mehr als das Fünffache.
Der Zustandsweg reicht von Eis bei −40 °C bis Dampf bei 140 °C. Der Werte-Kasten zerlegt die Wärme zwischen Start- und Zielzustand in Teilbeträge, der Balken rechts zeigt, wie groß die Teilbeträge im Vergleich sind.
Halte fest: Auf den waagerechten Stücken ändert sich die Temperatur nicht, trotzdem wird Energie umgesetzt — Q = q · m. Verdampfen braucht fast siebenmal so viel Energie wie Schmelzen.
Hinweise
Drei Dinge entscheiden darüber, ob so eine Rechnung gelingt.
In Q = q · m kommt kein ΔT vor — während des Schmelzens und des Siedens bleibt die Temperatur konstant.
qs und qv sind in kJ/kg angegeben: Masse in kg einsetzen, dann kommt das Ergebnis direkt in kJ heraus.
Mehrstufige Aufgaben zuerst in Abschnitte zerlegen und erst ganz zum Schluss addieren — das spart Zeit und verhindert vergessene Teilbeträge.