Spezifische Wärmekapazität
Definition
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Grundidee
Wenn man eine bestimmte Menge eines Stoffes, etwa Wasser, wärmer machen möchte, kann man dem Stoff von außen Energie zuführen. Die spezifische Wärmekapazität gibt an, wie viele Joule Energie man benötigt, um die Temperatur von einem Gramm (oder einem Kilogramm) eines Stoffes um ein Grad Kelvin zu erhöhen. Für Wasser zum Beispiel liegt der Wert bei etwa 4,186 Joule für ein Gramm und etwa 4186 Joule für ein Kilogramm. Die übliche Abkürzung ist ein kleines lateinisches c.
Rechenbeispiel
In einem einfachen Versuch soll ein Gramm Leitungswasser auf einem kleinen Metallspatel über die Flamme einer Kerze gehalten werden. Die Wärmeenergie der Kerze geht dabei auf das Wasser über und macht es immer heißer. Wie viel Energie benötigt man, um das Wasser von 20 °C Raumtemperatur bis zum Kochen bei 100 °C zu erhitzen?
Zuerst schlägt man die spezifische Wärmekapazität von Wasser in einer Tabelle nach. Solche Tabellen findet man zum Beispiel in Fachbüchern. Hier stehen einige Beispielwerte. Die Zahlen können als Joule pro Gramm oder als Kilojoule pro Kilogramm gedeutet werden. Beide Deutungen sind üblich und führen am Ende zu denselben Rechenergebnissen.
- 0,130 👉 Gold
- 0,139 👉 Quecksilber
- 0,879 👉 Beton
- 1,030 👉 Luft
- 2,031 👉 Essigsäure
- 2,931 👉 Wachs
- 2,428 👉 Ethanol
- 2,428 👉 Glycerin
- 4,186 👉 Wasser
- 14,304 👉 Wasserstoff
Man weiß also, dass ein Gramm Wasser gerundet etwa 4,2 Joule an Energie benötigt, um sich um ein Grad Celsius (oder alternativ um ein Grad Kelvin) zu erwärmen. Um von 20 °C auf 100 °C erwärmt zu werden, benötigt man diese Energiemenge insgesamt 80 mal. Man braucht also 80·4,2 Joule oder etwa 336 Joule für die Erwärmung des Wassers von 20 °C auf 100 °C.
Sonstiges
- Man kann diese Wärmemenge aber auch auf die Stoffmenge Mol beziehen.
- Ein noch üblicher aber inzwischen veralteter Begriff dafür ist Molwärme.
- Die aktuelle Bezeichnung ist 👉 spezifische molare Wärmekapazität