Masse wird durch Wärme schwerer?
Hallo,
Neulich habe ich einen Versuch im Physik Unterricht durchgeführt, der folgendermaßen ablief. Zuerst haben wir Wasser von 20 Grad Celsius auf 80 Grad Celsius erwärmt. Dabei haben wir immer die jeweilige Zeit mitgeschrieben, die das Wasser brauchte um 4 Grad Celsius wärmer zu werden. Dies haben wir alles erfolgreich getan.
Nun habe ich 3 Werte, die ich berechnet habe, die jedoch nicht übereinstimmen, da sich durch die Temperaturänderung auch die Masse des Wassers erhöht.
Ich will aber die Masse berechnen, da diese unbekannt ist und weiß nicht wie viel gramm ich abziehen muss, um die Masse zu haben, die in einer Raumtemperatur richtig wäre.
Wie viel Masse muss ich nun abziehen und gibt's da eine bestimmte „Regel“ oder ähnliches?
Ich hoffe ihr könnt mir helfen :)
Mit freundlichen Grüßen
Laura R.
6 Antworten
Hallo Laura,
wie kommst du denn darauf, dass die Masse beim Erwärmen zunehmen würde? Durch die Energieerhaltung müsste diese zusätzliche Masse ja irgendwoherkommen, oder? Und das bisschen Energie, das beim Erwärmen ins Wasser geflossen ist, verändert seine Masse nicht messbar.
Deswegen schrieb ich "... verändert seine Masse nicht messbar." und nicht "... verändert seine Masse nicht.". Kannst ja mal überschlagen, auf welcher Nachkommastelle die Massenveränderung sichtbar wird. Das wirst du im besten Labor der Welt nicht messen können, von einem Schulexperiment ganz zu schweigen.
Hallo R.!
Wie Du schon implizit mit der Frage vermutest, ändert sich die Masse des Wassers nicht! Da muss irgendwas in der Rechnung schief gegangen sein.
Ich nehme mal an, dass ihr die Wärmekapazität des Wassers als gegeben voraussetzen dürft und die zugeführte Wärmemenge bekannt ist? Dann kannst Du die Definition der Wärmekapazität nehmen
Wärmekapazität ist gleich zugeführte Wärme pro Masse und pro Temperaturerhöhung
und zur Masse umstellen. Über alle einzelnen Temperaturdifferenzen, aber auch über die gesamte Temperaturerhöhung ergeben sich dann Werte für die Masse des erwärmten Wassers. Diese Werte weichen voneinander ab, da sie nur so genau sein können, wie die abgelesenen Messwerte (und sich Fehler auch noch addieren und potenzieren können). Sie sollten aber nicht kontinuierlich größer werden (es sei denn, eine weitere Randbedingung hat sich gleichzeitig verändert, bspw. die vom Gefäss wieder abgegebene Wärmemenge).
Eine Mittelung der errechneten Massewerte wäre dann der im Versuch beste Wert für den gesuchten Wert.
Gruß, B.//.
die Masse wird sich da nicht geändert haben - wohl eher aber das spez. Gewicht. Das wiederum konntest du mit eurem Versuchsaufbau nicht messen.
Ich finde die Frage berechtigt.
Und m.E. heißt die Antwort ja.
Siehe z.B. schon bei Einstein: https://de.wikibooks.org/wiki/A._Einstein,_Ist_die_Tr%C3%A4gheit_eines_K%C3%B6rpers_von_seinem_Energieinhalt_abh%C3%A4ngig%3F_-_Kommentiert_und_erl%C3%A4utert.
In jedem Fall wird der Zuwachs sehr gering sein. Ich bin mir nicht sicher, ob und wie inzwischen (Einstein:) "eine Prüfung der Theorie" gelang.
Für uns leichter zu akzeptieren ist der Masseverlust bei der Abgabe von Photonen. Wie z.B. bei Kernreaktionen. Auch z.B. in der Sonne: https://www.deutschlandfunk.de/astronomie-pro-sekunde-vier-millionen-tonnen-energie-100.html.
Wenn also die Masse von Körpern durch Abgabe von Photonen sinkt, muss sie bei Aufnahme von Photonen zunehmen. Selbst wenn es sich um energiearme (Wärme-) Photonen handelt. Und unabhängig davon, ob sich dadurch die stoffliche Zusammensetzung (Kernreaktion) oder eben nur die Temperatur ändert.
Woher nimmst du die Idee, dass die Masse mehr wird?
Die Masse an Wasser ist, aufs Kleinste heruntergebrochen, die Zahl der Wassermoleküle in dem Behältnis. Ein Wassermolekpl hat ja eine bestimmte Masse. Solange du an dieser Zahl nichts änderst, also kein Wasser entfernst oder hinzufügst, bleibt das wohl immer gleich viel.
Alles andere würde dem guten alten Energieerhaltungssatz widersprechen ;)
Was sich verändert, ist das Volumen. Ja, das Volumen nimmt bei der Erwärmung etwas zu. Aber in diesem Versuchsaufbau misst du das Volumen nicht und willst es auch nicht berechnen, du kannst es also komplett ignorieren. Zumal auch eine Wärmekapazität nicht vom Volumen abhängt, sondern von der Masse.
Das einzige, was ich mir vorstellen könnte, ist dass du Masse und Volumen verwechselst ;)
......laut E=mc^2 hat ein warmes Atom mehr Energie und somit mehr Masse. ....
......und wo kommt die Massezuhname bei Beschleunigung her? die Masse soll ja bei Lichtgeschwindigkeit unendlich hoch sein....