Arbeitsblatt: Werkstattversuch

WaS Versuch 2 Wärme-Werkstatt 29.05.10 1 3) Luft Ziel: Bestimmung der spezifischen Wärmekapazität von Luft. Konzept Wir gehen aus von der Beziehung E c T Wir teilen die Formel (1) durch die Zeit t und erhalten: Dies ergibt c m T t E m c T t t (1) (2) (3) Um die Luft zu erwärmen, benutzen wir einen Fön. Er saugt kalte Luft ein und bläst sie heiss aus. Wir müssen also folgende Grössen messen: • Leistung des Föns : Dies geht ganz einfach mit einem Gerät, das die elektrische Leistung des Föns misst. • Temperaturdifferenz T Mit einem Thermometer misst man die Zimmertemperatur und die Temperatur der Luft, die aus dem Fön austritt, und bildet die Differenz. • Massenstrom m Wieviel Kilogramm Luft gehen pro Sekunde durch den Fön? t Um diese Grösse zu messen, müssen wir uns etwas einfallen lassen. m V x v Zunächst können wir schreiben t t t (4) Dabei sind 1.25 kg/m3 Dichte der Luft Querschnittfläche der Austrittsöffnung Geschwindigkeit der austretenden Luft. ist leicht zu messen. Leider haben wir kein geeignetes Gerät, um die Strömungsgeschwindigkeit der austretenden Luft zu messen. Das Rückstossprinzip hilft uns weiter: Der Fön erteilt der Luft eine Impulsänderung p, er übt also eine Kraft aus; dabei erfährt er eine gleich grosse Kraft in die Gegenrichtung. F p ( mv m m v t t t t Aus den Gleichungen (4) und (5) lässt sich eliminieren! Wir lösen beide Gleichungen nach auf und setzen gleich: m m t m F A t t p t (5) (6) WaS Versuch 2 Wärme-Werkstatt 29.05.10 2 3) Luft Vorgehen: Bauen Sie die Versuchsanordnung gemäss Abbildung auf. Messung der Leistung • Schalten Sie den Fön so ein, dass er kalte Luft ausbläst. Drücken Sie auf dem Gerät EMU 1.28 k so oft auf den schwarzen Knopf, bis es die Leistung in kW anzeigt. Pkalt Notieren Sie den Wert der Leistung (in W): • Schalten Sie den Fön auf heisse Luft um und lesen Sie wiederum die Leistung ab: Pheiss • Die gesuchte Heizleistung ist die Differenz der beiden Werte: P Messung der Temperaturzunahme • Bestimmen Sie die Zimmertemperatur: 0 • Schalten den Fön ein (heisse Luft) und halten Sie das Thermometer in den heissen Luftstrom; lesen Sie die Temperatur ab: 1 • Die gesuchte Temperaturzunahme ist die Differenz der beiden Werte: T 1 0 WaS Versuch 2 Messung des Massenstroms Wärme-Werkstatt 29.05.10 3 3) Luft m F A t • Dichte der Luft 1.25 kg/m3 • Messen Sie den Durchmesser der Austrittsöffnung und berechnen Sie daraus die Querschnittfläche A: d A • Messen Sie die Rückstosskraft, indem Sie den Fön auf die Waage stellen, die Waage auf Null tarieren und dann den Fön einschalten: • Berechnen Sie daraus den Massenstrom: F m/t Spezifische Wärme der Luft Mit Hilfe der Gleichung (3) können Sie nun die spezifische Wärmekapazität der c c m Luft ermitteln: T t • Vergleichen Sie mit dem Literaturwert: cLit. 1,0 kJ kg Diskutieren Sie die Ergebnisse und halten Sie das für Sie Wichtigste fest.