BurgGymnasium Kaiserslautern

Experimente mit selbstgebauten Kaloriemetern

Eigentlich wollte doch jeder schon einmal Abnehmen ...

Abnehmen Man kann Diäten nach festgelegten Essensplänen machen, Dinner Canceling betreiben aber auch Kalorien (cal) zählen. Da man davon ausgehen kann, dass man je nach Körpergewicht ca. 1500-2000 kcal (Kilokalorien) am Tag verbraucht, kann man durch Mitzählen die Menge der aufgenommenen Kalorien kontrollieren.

Aber was genau ist eigentlich eine Kalorie?

Eine Kalorie (cal) ist die Energie, die benötigt wird, um die Temperatur von 1g Wasser um 1°C zu erhöhen. Das bedeutet, dass man mit 2000 kcal 2000 Liter Wasser um 1°C erhöhen könnte, oder 200 Liter um 10°C. Einen großen Teil der aufgenommenen Energie nutzen wir tatsächlich dazu unsere konstante Körpertemperatur von 37°C zu halten, da wir häufig in einer kälteren Umgebung sind. Mit einem weiteren Teil verrichten wir körperliche Arbeit, Denken ist leider nicht sehr energieaufwendig. Was übrig bleibt wird in Form von Fett für schlechte Zeiten gespeichert.
Außer zum Abnehmen ist diese Einheit aber auch in vielen anderen Bereichen sehr hilfreich. Zum Beispiel zur Bestimmung der Reaktionswärme von chemischen Reaktionen. Die Reaktionswärme ist die Wärmemenge, die beim Ablauf einer chemischen Reaktion freigesetzt oder verbraucht wird. Sie spielt z.B. bei der Beurteilung von Brennstoffen eine Rolle und kann in Kaloriemetern gemessen werden.

1. Eichung des selbst hergestellten Kalorimeters

Wasser einer bestimmten Masse m₁ in das Kalorimeter füllen
kurz warten und bis das Kalorimeter die Temperatur des Wassers angenommen hat, dann Temperatur t₁ messen
nun Wasser mit unterschiedlicher Temperatur und am besten gleicher Masse m₂ wie m₁ einfüllen
erneut die Temperatur (t_misch) messen
die Werte in die unten angegebene in Formel einsetzen (die Herleitung lassen wir hier mal weg)

c_w * m₂ * (t_misch – t₁)
- --------------------------------- - c_w * m₁ = Ck
t_misch- t₂

2. Bestimmung der Reaktionswärme / der Energiebilanz der Reaktion von Eisen und Schwefel

Versuchsbeschreibung:

Man benötigt ein Kalorimeter in dessen größeres Reagenzglas man ein weiteres kleineres einschieben kann. In das größere, das Kontakt zum Wasser haben muss, wird Glaswolle eingefügt damit es beim Einfügen des heißen kleineren Reagenzglases nicht zu einer zu schnellen Energieübertragung kommt. Dadurch könnte das Reagenzglas platzen oder es würde Wasser verdampfen und die Messergebnisse in einem nicht perfekt isolierten System verfälschen.

offenes Kaloriemeter
Nun werden 5,6g Eisen und 3,2g Schwefel gemischt und die Mischung in das kleinere Reagenzglas gefüllt. Dann bestimmt man die Temperatur des Kalorimeters im Ruhezustand. Man erwärmt die Reaktionsmischung über dem Bunsenbrenner und schiebt sofort nach dem ersten Aufglühen das Reagenzglas in das größere im Kaloriemeter.
Nun misst man erneut die Temperatur, wenn sie ihren Höhepunkt erreicht hat.