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Enthalpie

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Enthalpie ist eine Art von Energie, die zwischen Objekten unterschiedlicher Temperaturen fließt.

Um Enthalpie zu verstehen, muss man mit der erste Hauptsatz der Thermodynamik, vertraut sein, die besagt, dass die Energie nicht erstellt oder zerstört werden, es kann nur Formulare ändern. Und die Gesamtmenge der Energie in einem System ist konstant.

Das Konzept der Enthalpie spiegelt sich in einen Topf mit Wasser auf dem Herd. Wärme, gekennzeichnet durch den Buchstaben Q, fließt spontan aus dem heißen Ofen, kühleres Wasser. Als Reaktion darauf steigt die Temperatur des Wassers. Da es sich um ein offenes System handelt, ist jedoch etwas Wärme an die Umgebung verloren.

Auf der anderen Seite ein System kann thermodynamisch isoliert werden, wie eine Thermoskanne mit heißem Wasser, wo Wärme wird nicht zwischen dem System und seiner Umgebung übertragen. Wenn Sie ein Stück ein kaltes Metall in diesem System ablegen, fließt die Wärme spontan aus dem heißen Wasser zu den kühleren Metall. Also, wenn wir den ersten Hauptsatz der Thermodynamik auf dieser isolierten System anwenden, können wir sagen, dass der Wärmeverlust durch das Wasser oder Qout, von Metall oder Qin absorbierten Wärme entspricht.

In diesem Video zeigen wir dieses einfache Hitze-Transfer-Experiment, das den ersten Hauptsatz der Thermodynamik testet.

Vor dem Eintauchen in das Protokoll, betrachten wir nun einige wichtige Begriffe im Zusammenhang mit diesem Experiment. Wie bereits besprochen, ist Hitze oder Q, eine Art von Energie, die spontan von einem heißen, ein kalter Körper übertragen wird.

Wärme wird oft verwechselt mit der Temperatur, die das Maß für die mittlere kinetische Energie aller die einzelnen Moleküle in einer Substanz ist. Betrachten Sie z. B. eine große und kleine Stück Aluminium im thermischen Gleichgewicht. Beide haben die gleiche Temperatur, jedoch das kleinere Stück Metall weniger thermische Energie als die anderen, hat weil es weniger Moleküle und weniger Masse hat.

Die Beziehung zwischen Temperatur und Wärme ergibt sich aus dieser Formel: Q = mCΔT. Wärmemenge, die benötigt, um die Temperatur zu erhöhen hängt daher Masse m, das macht Sinn, da weniger Wärme benötigt, um die Temperatur von 1 Gramm Aluminium im Gegensatz zu 1 kg erhöhen wird.

Der andere Faktor ist C oder die Wärmekapazität, die abhängig von dem Material. Holz hat zum Beispiel eine höhere Wärmekapazität als Aluminium. Dies bedeutet, dass weniger Wärme benötigt wird, um die Temperatur von 1 kg Aluminium als 1 kg des Holzes zu erhöhen.

C ist eine konstante, die definiert ist als die Menge der Wärme benötigt, um die Temperatur einer Einheit Masse eines Stoffes um ein Grad zu erhöhen. Diese Werte wurden empirisch für viele gängigen Materialien, wie Wasser berechnet.

Im nächsten Abschnitt werden wir sehen, wie experimentell C für Blei mit einem Kalorimeter, bietet eine thermodynamisch Inselanlage zu berechnen.

Erstens erhalten Sie zwei Styroporbecher, die als isolierte Kalorimeter in diesem Experiment fungieren wird. Schneiden Sie eine kleine Portion aus der oben in eine Tasse, so dass es als Deckel für den anderen handeln kann. Ein kleines Loch in den Deckel zu Stanzen, damit das Thermometer durch eng passen

Gießen Sie 220 mL Wasser in den unveränderten Tasse, dann setzen Sie den Deckel an der Spitze. Messen Sie die Temperatur des Wassers.

Als Nächstes füllen Sie ein Becherglas mit genügend Wasser, so dass eine Blei-Probe vollständig untergetaucht werden kann. Stellen Sie den Becher auf einer heißen Platte, und bringen Sie das Wasser zum Kochen.

Weigh eine Blei-Probe, und nimmt die Masse. Dann befestigen Sie eine Schnur und hängen Sie es mit einem Ring Stand. Tauchen Sie die Blei-Probe in das kochende Wasser, bis es vollständig mit Wasser bedeckt ist.

Warten Sie fünf Minuten, die Probe, thermisches Gleichgewicht mit dem kochenden Wasser zu erreichen. Entfernen Sie die Probe aus dem kochenden Wasser zu, und zeichnen Sie seine Ausgangstemperatur.

Schnell legen Sie die heiße Probe in die Tasse, und setzen Sie den Deckel an der Spitze. Schieben Sie das Thermometer wieder durch das Loch im Deckel.

Schwenken Sie die Tasse mit der Lead-Probe um eine gleichmäßige Temperatur zu gewährleisten. Sehen Sie die Temperatur auf dem Thermometer zu, wie es ändert, und zeichnen Sie die Endtemperatur stabilisierte.

Aus der erste Hauptsatz der Thermodynamik wissen wir, dass in diesem Experiment, das heiße Stück Blei Wärme an das kältere Wasser übertragen. Wenn wir davon ausgehen, dass das Kalorimeter thermodynamisch Inselanlage bietet, entspricht die Wärmeabgabe von der Spitze den Wärmeeintrag in das Wasser. Mit Hilfe der Formel Q = mCΔT, erhalten wir die folgende Gleichung.

Aus dem Experiment wissen wir die Masse der Führung und des Wassers und der Temperaturänderung von Blei und Wasser. Die Wärmekapazität des Wassers ist auch bekannt. So kann die Wärmekapazität von Blei berechnet werden.

Dies ist in exzellenter Übereinstimmung mit der bekannten Wärmekapazität von Blei, 0.128. Dieses Ergebnis bestätigt den ersten Hauptsatz der Thermodynamik.

Wärmeübertragung und der Erhaltung der Energie-Prinzipien gelten für mehrere tägliche Ereignisse, aber oft unbemerkt. Hier sind einige Beispiele.

Ein einfaches Experiment mit Wasser und Eis zeigt der erste Hauptsatz der Thermodynamik und Wärmeübertragung durch Wärmeleitung. Zunächst das Glas Wasser ist bei Zimmertemperatur und wird mit der Zugabe von Eis gekühlt. Schließlich erreichen das Eis schmilzt, das Wasser und die geschmolzene Eis die gleiche Temperatur wie Wärme aus dem Wasser auf das Eis übertragen wurde.

Jedoch weil das System nicht von der Umgebung isoliert ist, überträgt schließlich die wärmeren Raum Wärme auf das Wasser, die Erhöhung der Temperatur.

Ein weiteres Beispiel der Wärmeübertragung ist die zwischen der Sonne und der Erde. Jedoch in diesem Fall durch thermische Strahlung, da die Sonne bei einer viel höheren Temperatur als die Erde, fließt die Wärme von der Sonne zur Erde. Allerdings wird nicht alle Wärme auf die Erde übertragen, da einige ist verloren an andere Stellen im Universum und in die Umgebung.

Sie sah nur Jupiters Einführung in die Wärme und der erste Hauptsatz der Thermodynamik. Sie sollten nun das Grundkonzept der Hitze und der Erhaltung der Energie verstehen. Danke fürs Zuschauen!

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