Toolyard

Simulator für Erhitzungskurven und Phasenübergänge

Gleichungen in dieser Simulation

Q = m c ΔT
mMasse des Wassers m (Gramm)
cspezifische WärmekapazitätEis 2,09, flüssiges Wasser 4,18, Dampf 2,01 J/(g·K): Wasser braucht pro Grad mehr Wärme als fast alles andere
ΔTchange in temperaturenur solange es eine einzige Phase gibt; bei einem Phasenübergang bleibt die Temperatur stehen

Mit den aktuellen Werten:

Q = m L_f (Schmelzen bei 0 °C), Q = m L_v (Sieden bei 100 °C)
L_fSchmelzwärme334 J/g: die Energie, um den Kristall aufzubrechen, ohne ihn zu erwärmen
L_vVerdampfungswärme2.257 J/g, fast siebenmal L_f: die Moleküle ganz voneinander zu trennen, kostet viel mehr, als sie zu lockern
Qbisher zugeführte Wärmedie Heizleistung mal der Zeit

Mit den aktuellen Werten:

t = Q ÷ P
PHeizleistung P (Watt; negativ kühlt)ein Watt ist ein Joule pro Sekunde
tZeit für jeden Abschnittdie Plateaus sind lang, weil die latenten Wärmen groß sind

Mit den aktuellen Werten:

So benutzt du den Erhitzungskurven-Simulator

  1. Stell die Masse des Wassers, seine Anfangstemperatur und die Heizleistung ein. Es beginnt als Eis: die Moleküle sitzen in einem Kristall, jedes zittert um seinen Platz, und sie zittern stärker, je höher die Temperatur steigt.
  2. Bei 0 °C bleibt die Temperatur stehen, während das Eis schmilzt: die Wärme geht ins Aufbrechen des Kristalls, und die Moleküle lösen sich eins nach dem anderen in die Flüssigkeit. Bei 100 °C bleibt sie wieder stehen, während das Wasser siedet und Moleküle als Dampf davonfliegen. Das Diagramm zeichnet die Erhitzungskurve gegen die zugeführte Wärme, über der ganzen Kurve in Grau, mit ihren zwei flachen Stufen.
  3. Stell die Leistung negativ, um Wärme zu entziehen und die Kurve rückwärts zu durchlaufen, mit Gefrieren und Kondensieren. Die Gleichungen addieren die Wärme für jeden Abschnitt aus den spezifischen und latenten Wärmen; der Spezifische-Wärme-Rechner berechnet Q = mcΔT für jeden Stoff.

Häufige Fragen

Warum bleibt die Temperatur gleich, während Eis schmilzt?

Weil die ganze Wärme ins Lösen der Bindungen geht, die die Moleküle im Kristall halten, und nicht darin, sie schneller zu machen. Die Temperatur misst die mittlere kinetische Energie der Moleküle, und die ändert sich nicht, bis das letzte Eis geschmolzen ist. Die aufgenommene Wärme ist die Schmelzwärme, 334 J pro Gramm.

Was ist latente Wärme?

Die Energie, die ein Stoff bei einem Phasenübergang bei gleichbleibender Temperatur aufnimmt oder abgibt. Bei Wasser beträgt die Schmelzwärme 334 J/g und die Verdampfungswärme 2.257 J/g. Dieselben Mengen werden beim Gefrieren und Kondensieren wieder frei, darum verbrüht Dampf viel schlimmer als kochendes Wasser derselben Temperatur.

Warum dauert das Sieden so viel länger als das Schmelzen?

Weil die Verdampfungswärme fast siebenmal so groß ist wie die Schmelzwärme. Schmelzen lockert die Moleküle nur, sodass sie aneinander vorbeigleiten können; Sieden muss sie gegen ihre gegenseitige Anziehung ganz trennen. 100 g Wasser von 0 °C zum Sieden zu bringen, kostet 42 kJ; es ganz zu verdampfen, weitere 226 kJ.

Wie berechne ich die Wärme für eine Erhitzungskurve?

Addiere jeden Abschnitt: Eis erwärmen (m × 2,09 × ΔT), schmelzen (m × 334), Wasser erwärmen (m × 4,18 × ΔT), sieden (m × 2.257) und Dampf erwärmen (m × 2,01 × ΔT), mit m in Gramm. Teile durch die Heizleistung in Watt, um die Zeit in Sekunden zu bekommen; die Gleichungen unter dem Bild tun das für deine Einstellungen.

Es heißt, WebGL sei abgeschaltet.

Die 3D-Ansicht braucht WebGL, das jeder aktuelle Browser hat. Es kann abgeschaltet sein, wenn die Hardwarebeschleunigung in den Browsereinstellungen deaktiviert ist oder der Grafiktreiber sehr alt ist. Schalte die Hardwarebeschleunigung ein oder probier einen anderen Browser.

Wird etwas hochgeladen?

Nein. Die Simulation zeichnet dein eigener Browser mit WebGL; nichts wird irgendwohin gesendet, und sie läuft auch offline weiter, sobald die Seite geladen ist.

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