Spezifische latente Wärme — Sport, 14–17 Jahre
Wie ein Stoff bei einem Zustandswechsel Energie aufnehmen oder abgeben kann, ohne seine Temperatur zu ändern.
Energie für den Zustandswechsel
Wenn ein Stoff schmilzt oder siedet, trennt die zugeführte Energie seine Teilchen, statt die Temperatur zu erhöhen. Beim Erstarren oder Kondensieren wird Energie abgegeben, während die Temperatur gleich bleibt. Die spezifische latente Wärme ist die Energie, die nötig ist, um den Zustand von 1 kg eines Stoffes zu ändern.
Warum die Temperatur gleich bleiben kann
Ein Thermometer kann das Erwärmen rätselhaft erscheinen lassen: Energie gelangt hinein, aber die Anzeige bleibt beim Schmelzen oder Sieden gleich. Das Problem ist, dass die Temperatur die Bewegung der Teilchen beschreibt, ein Zustandswechsel aber auch Abstände und Anziehungskräfte verändert. Die latente Wärme erfasst diese Energieübertragung.
Eis schmelzen
Eis hat eine spezifische Schmelzwärme von 334 000 J/kg. Um 0,50 kg bei seiner Schmelztemperatur zu schmelzen, verwendet man Energie = Masse × spezifische latente Wärme. Energie = 0,50 × 334 000 = 167 000 J. Diese Energie schmilzt das Eis; während des Schmelzens erhöht sie nicht seine Temperatur.
Das Temperaturplateau
Ein häufiger Fehler ist, während des Schmelzens von Eis weiter einen Temperaturanstieg zu berechnen, als würde jedes Joule die Teilchen schneller bewegen. Das ist verständlich, weil Erwärmen normalerweise die Thermometeranzeige erhöht. Bei einem Zustandswechsel ordnet die Energie jedoch die Teilchen neu, und die Temperatur bleibt bis zum Ende gleich.
Kühlen durch Verdunstung
Bei der Verdunstung verlassen die sich schneller bewegenden Teilchen eine Flüssigkeit und nehmen Energie mit; dadurch kühlt der Rest ab. Deshalb kann Schweiß die Haut kühlen und Verdunstung wird in Kühlschränken und Kühltürmen genutzt. Sie funktioniert am besten, wenn die Luft den Wasserdampf abführt.
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