Was erwärmt sich in der Sonne stärker: Eine kupferne Gedenkplatte von 1 m² Größe und 10 cm Stärke, oder ein gleich großes Wasserbecken? Worin ist nach einem sonnigen Tag mehr Energie gespeichert? Kurze Begründung!
bitte so klimatoligisch wie möglich und bitte nix kompliziertes, brauch es dringend für eine prüfung 
danke schonmal
Die Vorteile des Werkstoffes Kupfer in solarthermischen Anwendungen liegen zum einen in seiner hohen Wärmeleitfähigkeit und der damit verbundenen deutlichen Steigerung des Wirkungsgrads.
Darüber hinaus ist es besonders langlebig und korrosionsbeständig – Vorteile, die sich gerade hinsichtlich der langen wirtschaftlichen Amortisationszeit von Solaranlagen langfristig auszahlen.
Wasser hat mehr spezifische Wärmekapazität (= kann mehr Wärme speichern) als Kupfer. Siehe Tabelle rechts in http://de.wikipedia.org/wiki/Spezifische_W%C3%A4rmek…
Daher dauert das Erwärmen (bie gleicher Masse) länger. Es muss halt mehr Energie reingesteckt werden.
Worin ist nach einem sonnigen Tag mehr
Energie gespeichert?
Im Wasser. Es enthält bei gleicher Temperatur mehr Wärmeenergie.
Soweit die Antwort aus dem Ärmel und bei gleichem Gewicht (100 kg Wasser und 100kg Kupfer) würde das alles stimmen.
Nun ist aber die spezifische Wärme in J pro kg und Kelvin definiert: Stimmt es jetzt immer noch? Kopfer hat ja bei gleichem Volumen 8,9 mal mehr Masse (http://de.wikibooks.org/wiki/Tabellensammlung_Chemie…) …
… Aber Wasser hat ca. 11 mal mehr an spezifischer Wärme - Also stimmt die obige Antwort immer noch.
(Bei Gold (19 mal schwerer als Wasser wäre das wohl eine andere Sache.)
Schöne Grüße JK
Viele Physiklinks und -foren: http://www.klicktipps.de/physik.php
Nix kompliziertes aber realistisch u.
auch noch klimatologisch korrekt ???
dann wäre es gut zu wissen:
Da die Spezifische Wärmekapazität von Wasser mit 4,182 kJ·kg−1·K−1 wesentlich höher als die von Kupfer (0,382 kJ·kg−1·K−1) ist und somit dem Kupfer wesentlich weniger Energie zugeführt werden muss um seine Temperatur um 1°K zu erhöhen, dürfte sich nach meinem Empfinden das Kupfer wesentlich schneller erwärmen als das gleiche Wasservolumen. Sieh auch mal hier nach:
https://de.wikipedia.org/wiki/Spezifische_Waermekapa…
Viel Erfolg!
Wie schnell sich ein Stoff erwärmt, hängt von seiner spezifischen Wärmekapazität ab. Diese gibt an, welche Wärmemenge einem kg Stoff zugeführt werden muss, um seine Temperatur um ein Kelvin zu erhöhen. Mit deinen Angaben würde sich das Kupfer ca. 20% stärker erwärmen als das Wasser - und das bei gleicher Energieaufnahme. Gespeichert ist daher im Kupfer mehr an Energie, da diese effizienter umgewandelt wird.
Da das Kupfer keine Selbstkühlung durch verdunsten betreibt, erwärmt sich das Kupfer stärker. Im Wasserbecken könnte der Erfolg einfach nur weniger Wasser sein. Generell denke ich wird das Becken kaum über eine Übertemperatur von 20°C über der Umgebungstemperatur kommen.
Hingegen hierzu das Kupfer wohl ein guter Wärmeleiter ist, jedoch über die Zeit mangels eigener Selbstkühlung nur das an Wärme abgeben kann, was entweder in Form von Strahlung oder Kontaktabnahme abwandert. Da Luft beides gleichmäßig kühlt jedoch nur wenig Wärmeleitend ist könnte also nur ein ungeschickter Untergrund die Wärme ableiten. Ist der Untergrund nur etwas schlechter Wärmeleitend, dann staut sich die Energie in der Kupferplatte und es können locker mal 60°C oder so sein.
Da die Frage war, wo am Abend mehr Wärmeenergie drin steckt, ist sehr stark davon aus zu gehen, daß das Wasser dagegen kühl ist. Ohne Strahlung ist die Selbstkühlung bei ca. 50% Luftfeuchtigkeit und Normaldruck so stark, daß Wasser im allgemeinen ca. 2°C unter der Umgebungstemperatur liegt. Diese Selbstkühlung funktioniert Über das Energieabschleudern von einzelnen Wassermolekühlen, welche eine sehr Hohe Energie, Verdampfungsenergie, mit sich nehmen. Hierdurch wird das Wasser laufend gekühlt. Bei 100° C ist sowieso Schluß, die Kupferplatte könnte heißer werden, was jedoch von der Strahlenleistung abhängt. Also in der Wüste oder so. Dort ist ein Wassertümpel immer kühl, während Steine oder eben auch Kupferstücke so heiß werden können, daß wir sie nicht mehr aufheben können ohne uns zu verbrennen.
Kupfer…weniger reflexion
Hallo,
wir gehen davon aus, das Kupfer und Wasser gleich stark von der Sonne bestrahlt werden und dass keine Energie an der Oberfläche reflektiert wird und keine Energie an die Umgebung abgegeben wird. Dann setzen wir die Energiemengen für jeweils einen Kubikzentimeter gleich:
0,38 * 8,93 * TemperaturdifferenzKupfer =
4,19 * 1 * TemperaturdifferenzWasser
Die Temperaturdifferenz des Kupfers ist also 1,2 mal so groß wie die des Wassers.
Dazu kommt noch, dass die an der Oberfläche erwärmten Kupferteile die Wärme-Energie schneller nach unten weiterleiten.
Nach einem sonnigen Tag mit gleicher Energie-Einstrahlung und ohne Abgabe an die Umgebung müsste in beiden Körpern die gleiche Energie gespeichert sein.
Gruß
Jobie
Hallo Gabi
Es ist ja hier generell so … Hausaufgaben werden dir hier nicht abgenommen.
Aber ich kann dir sagen dass die Kupferplatte deutlich wärmer wird. Wie das mit der enthaltenen Wärmeenergie aussieht kann ich dir nicht sagen, das muss man nachrechnen, Wasser hat ja eine deutlich höhere Wärmekapazität.
Die Kupferplatte erwärmt sich jedenfalls so lange, wie die Sonne mehr Energie auf sie einstrahlt als von der Kupferplatte durch Wärmestrahlung abstrahlt. Also Stefan-Boltzmann-Gesetz anwenden, P ist die Strahlungsleistung der Sonne auf die Kupferplatte.
Beim Wasser ist das ganz anders, wenn Wasser sich erwärmt, verdunstet Wasser und hinterlässt Verdunstungskälte. Die Temperatur des Wassers hängt dann dementsprechend an der Trockenheit der umgebenden Luft - je trockener die Luft, desto kühler das Wasser. Du musst also die Gleichung aufstellen „Einstrahlungsleistung = Verdampfungsrate(T) mal Verdunstungskälte des verdampfenden Wassers“.
Wie man allerdings Verdampfungsrate(T) berechnet weiß ich nicht, scheint nicht so trivial zu sein …
http://www.chemieonline.de/forum/showthread.php?t=94034
Tja deiner Bitte bin ich nun nicht nachkommen … aber gehe mal davon aus dass das Wasser nicht wärmer wird als die umgebende Luft, das sagt mir meine Erfahrung, wohingegen die Kupferplatte gerne 80, 90°C erreichen kann. Begründung für die die’s ganz einfach mögen: Weil oxidiertes Kupfer einen Absorptionsgrad von 0,7 hat und Wasser einen von etwa 0, sprich, während die Sonnenstrahlen das Kupfer erhitzen, strahlte die Sonne durch das Wasser größtenteils durch.
mfG
Du stellt zwei Fragen: Was sich schneller erwärmt und worin mehr Energie gespeichert ist.
Kupfer ist das Element, das Wärme am Besten leitet. Und Kupfer hat eine recht Dunkle Farbe. Die Sonnenenergie wird also aufgrund der Dunklen Farbe (–>Absorption) in Wärme umgewandelt, die die Gedenkplatter erwärmt. Jetzt kommt es auf die Umgebung an: Kann das Kupfer die Energie an andere gut leitende Materialien (zb Stein) abgeben? Oder Ist der Block in einer Holzfassung? Je nachdem erwärmt es sich schneller und stärker. (bei Holz schneller und insgesamt mehr als bei Stein).
Beim Wasser kommt es noch stärker auf den Untergrund an. An sich Farblos geht das Sonnenlich einfach hindurch - oder wird bei kleinen Einfallwinkeln sogar reflektiert. Die Optimale erwärmung des Wassers hätte man in einer Dunklen Plastikschale. In einem Hellen Steinbecken wird die Erwärmung eher gering ausfallen.
Generell ist Wasser träger, was die Wärme angeht. Es kann also mehr Energie länger speichern als Kupfer. Jedoch wird es beim Wasser schnell kritisch und es verdunstet - und die Energie geht als latente Wärme verloren. Pauschal lässt sich also nur schwierig etwas dazu sagen, außer die Grununterschiede (ein dunkler untergrund fürs wasser vorausgesetzt):
Kupfer: schnelle erwärmung, aber auch schnelle abgabe
Wasser: langsamere erwärmung, auch langsamere abgabe. Aber: Verdunstung!
Was soll denn „klimatoligisch“ oder meinetwegen „klimatologisch“ hier bedeuten?!?
Wie auch immer: In nullter Näherung nehmen beide gleich viel Energie auf. Die Fläche, mit der sie der Sonnenstrahlung ausgesetzt sind, ist ja per Definition gleich.
Was dann heißer wird, hängt vom spezifischen Wärmekoeffizienten des jeweiligen Materials ab. Ich denke, hier kannst Du selbst nachschauen, ob der von Wasser oder Kupfer größer ist.
Bei näherer Betrachtung könnte man berücksichtigen, wieviel Energie die beiden Systeme anstatt aufzunehmen einfach wieder zurückstrahlen.
Hilft Dir das?
Da kann ich nur raten…
Das Wasser, da geringere Dichte.
Gruss
Hi Frau Gabi,
Die Kupferplatte wird heißer als das Wasserbecken.
Das Wasserbecken speichert mehr Energie.
Das Maß für die Fähigkeit, Thermische Energie zu speichern, ist die Wärmekapazität. Ihr Wert ist für Wasser deutlich höher als für Kupfer.
Begründung der Wärmekapazität:
Die zugeführte Energie (Sonneneinstrahlung) ist in beiden Fällen gleich.
Gemäß der Energieerhaltung können das Wasser bzw. Kupfer diese Energie lediglich unterschiedlich umwandeln / verwenden, nicht aber vermehren oder mindern.
Mit 2 Atomen sieht das Kupfermolekül wie ein Stab aus.
Wie jeder Körper hat es 3 Möglichkeiten, sich im (3-dimensionalen) Raum auszurichten (Translationsbewegung). Ferner kann es in 2 Richtungen rotieren und in eine Richtung schwingen.
Das 3-atomige Wassermolekül kann zusätzlich in eine weitere Richtung rotieren und in zwei weitere Richtungen schwingen.
Außerdem können zwischen Wasserstoff-Atomen verschiedener Moleküle sog. Wasserstoffbrücken gebildet werden, was große Mengen der erhaltenen Energie als elektrostatische Energie bindet.
Nur bei Energieumwandlung in Translationsbewegungen wandelt ein Molekül thermische Energie in kinetische Energie um (und nur diese Energie äußert sich als Temperaturanstieg). Bei allen anderen Energieverwendungen wird die thermische Energie gespeichert.
Welche Bewegung das einzelne oder gar alle Moleküle tatsächlich ausüben, ist aber unbekannt.
Daher wird unterstellt, dass jede der Bewegungen gleich wahrscheinlich ist und entsprechend die Gesamtenergie auf alle Bewegungsmöglichkeiten gleichmäßig verteilt.
Je mehr Energieverwendungsmöglichkeiten bestehen, desto weniger Energie verbleibt bei dieser Gleichverteilung für die Nutzung als (temperaturerhöhende) kinetische Energie.
Daher verwendet Kupfer die thermische Energie zu größeren Anteilen für Translationsbewegungen und Wasser zu größeren Anteilen zur Wärmespeicherung.
Beste Grüße
Thomas
bin wahrscheinlich zu spät dran. Trotzdem: Metalle leiten Wärmestrahlung im Gegensatz zu Wasser sehr schnell. Deshalb ist die Kupferplatte schnell erhitzt und gibt die Wärme an die Umgebung ab. Bei der Abkühlung ist das ebenso, die Wärme entweicht schneller aus dem Metall. Wasser hat eine sehr geringe Wärmeleitfähigkeit aber dafür eine hohe Wärmespeicherkapazität. Nach dem Tag wird das Wasser deshalb länger warm sein als das Metall.