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Kategorie: > Wissenschaft > Physik / Chemie
Dichtemessung von Wasser u.a.
Gast (Katja Hasselbaum)
(Gast - Daten unbestätigt)

  18.02.2004

Hallo!
Ich schreibe derzeit meine Examensarbeit über den Luftdruck und im
Besonderen z.Zt. über das Wasserbarometer.
Da dieses Wasserbarometer im Freien aufgebaut ist, stellt sich mir die
Frage, ob die Dichte von Wasser eine größere Rolle spielt.
Deshalb hier meine Fragen: Wie wird die Dichte von Wasser bestimmt? Dichte =
Masse / Volumen ist klar, aber wie wird das Volumen bei einer bestimmten Temperatur
bestimmt? Welches Verfahren wird hier angewandt und wie geht das?
Gibt es Tabellen, in denen die Dichte bei einer bestimmten Temperatur angegeben ist, die ich für meinen Versuch heranziehen könnte?
Grüße Katja



Anzahl der unterhalb stehenden Antworten: 7
Gast (Heiner Grimm)
(Gast - Daten unbestätigt)

  20.03.2004
Dieser Text bezieht sich auf den Beitrag von Katja Hasselbaum vom 18.03.2004!  Zum Bezugstext

Hallo Katja,

es gibt die sog. "Clausius-Clapeyronsche Gleichung", aber die ist theoretisch und ihre Ergebnisse weichen von den tatsächlich gemessenen Werten ab.

Wenn man 2 Dampfdrücke für 2 verschiedene Temperaturen hat, kann man (2 Gleichungen mit 2 Umbekannten) die 2 Konstanten K1 und K2 in der Gleichung

log(p) = K1 + K2 * 1/T

berechnen und mit dieser Gleichung dann die Werte zwischen den 2 bekannten Werten ziemlich genau interpolieren (und ein bisschen darüber hinaus extrapolieren, aber nicht zu weit).

p ist der Dampfdruck, T die absolute Temperatur in K (Kelvin), also nicht die Celsius-Temperatur verwenden! Umrechnung:

T(in K) = T(in C) + 273,15

Falls Du Probleme mit der Umsetzung des Ganzen hast, frag ruhig nochmal nach.

Messwerte für 10 bis 14 C in mbar:

12,27
13,11
14,01
14,96
17,04

Messwerte für 0 bis 100 C in 10er-Schritten, als Basis für die Gleichung:

6,11
12,27
23,37
42,40
73,74
123,3
199,1
311,5
473,4
701,1
1013,0

(Auch Eis hat übrigens einen temperaturabhängigen Dampfdruck. Bei 0C ist er ebenso hoch wie beim Wasser.)

(Quelle: D'Ans-Lax, Taschenbuch für Chemiker und Physiker, Springer Verlag)
Tipp: Vielleicht hat eine Bibliothek (falls es eine technische UniBiblio in der Nähe gibt, ganz sicher) dieses oder ein anderes Tabellenwerk zur Hand, falls mal richtig viele Werte benötigt werden. (Falls es eine überschaubare Menge bleibt, kann ich aber auch noch mehr Werte liefern.)

Gruß Heiner
Gast (Katja Hasselbaum)
(Gast - Daten unbestätigt)

  18.03.2004
Dieser Text bezieht sich auf den Beitrag von Heiner vom 15.03.2004!  Zum Bezugstext

Hallo Heiner,
vielen Dank für die Werte. Hoffe es ist nicht zu unverschämt nach den Werten zwischen 10 und 15 Grad zu fragen.Könnte sie gut für einen anderen Versuch gebrauchen.Welche Formel verwendet man um die Werte zu errechnen?Oder ist das zu kompliziert?
Grüße
Katja
Gast (Heiner)
(Gast - Daten unbestätigt)

  15.03.2004
Dieser Text bezieht sich auf den Beitrag von Katja Hasselbaum vom 15.03.2004!  Zum Bezugstext

Hallo Katja,

von 15-20C, Dampfdrücke in mbar:
17,04
18,17
19,36
20,62
21,95
23,37

Die Dampfdrücke sind praktisch nicht vom Luftdruck abhängig.

Gruß Heiner
Gast (Katja Hasselbaum)
(Gast - Daten unbestätigt)

  15.03.2004
Dieser Text bezieht sich auf den Beitrag von Heiner Grimm vom 19.02.2004!  Zum Bezugstext

Hallo Heiner,
vielen Dank für Deine zahlreichen Infos.Habe mein Wasserbarometer nun ein einem - von der Temperatur her - realtiv konstanten Raum aufgebaut. Leider funktioniert es nicht auf Dauer. Könntest Du mir sagen, woher ich die Werte (zwischen 15 und 20 Grad) für den Dampfdruck bekommen kann. Sind die auch luftdruckabhängig?
Grüße
Katja
Gast (Heiner Grimm)
(Gast - Daten unbestätigt)

  04.03.2004

Nachtrag:

Es ist alles noch komplizierter: Gewöhnliches Wasser enthält gelöste Gase aus der Luft, die bei einem Wasserbarometer mit der Zeit in das Vakuum (genauer: den unter geringem Druck stehenden Wasserdampf) oben im Steigrohr entweichen. Dann zeigt das Barometer sonstwas an.

Es sollte also besser mit frisch entgastem (gut abgekochtem) Wasser befüllt werden.

Gruß Heiner
Gast (Heiner Grimm)
(Gast - Daten unbestätigt)

  19.02.2004

Hallo Katja,

die Dichte spielt natürlich eine Rolle, aber bei den üblichen Temperaturen schwankt sie nicht allzu stark.

Eine größere Rolle dürfte der Dampfdruck des Wassers spielen, der stark von der Temperatur abhängig ist. Um den korrekten Luftdruck zu erhalten, muss dieser Dampfdruck zum aus der Steighöhe ermittelten Wert addiert werden.

Temp. in C     Dampfdruck in mbar
=======================================
10              12
20              23
30              42

Gruß Heiner



P.S.: Eine Dichtetabelle, die ich mal einem anderen Forumsbesucher geschickt habe:

Hallo Maikel,

die Dichten gelten für reines, also dest. Wasser, das aber Luft gelöst enthält. Leitungswasser ist Wasser, das je nach dem wo es herkommt, mehr oder weniger Mineralien der einen oder andeen Art enthält. Wer hierfür sehr genaue Dichten benötigt, muss sie selber messen. Für die allermeisten Zwecke kann man aber die Dichte von Leitungswasser ungefähr mit der von dest. Wasser gleichsetzen. Durch enthaltenes Kochsalz z.B. kann die Dichte von LW bis um schätzungsweise 0,0002 kg/l erhöht sein (im Bereich der erlaubten Werte). Einige Werte für reines luftfreies Wasser (aus Weast, Handbook of Chemistry and Physics) zeigen in etwa, wie hoch der Einfluss gelöster Luft ist (in [ ] angehängt).

Zum Extrapolieren: Ja, kann man machen.

Hier die Werte von 15 bis 30 C in Schritten von 1 C
(Aus: D'Ans-Lax, Taschenbuch für Chemiker und Physiker, Band 1, Springer Verlag), in kg/l:

lufthaltig      luftfrei

0,999101 (15C) [0,99913]
0,998944
0,998776
0,998597        [0,99862]
0,998407
0,998206 (20C) [0,99823]
0,997994
0,997772
0,997540
0,997299
0,997047 (25C) [0,99707]
0,996786
0,996516
0,996236
0,995948
0,995650 (30C) [0,99567]

Druckabhängigkeit:
Je 1 Bar Druckerhöhung erhöht sich die Dichte um 0,000046 kg/l (gilt bis ca. 50 Bar). Wenn's nicht gerade auf dem Matterhorn ist, kann man das wohl getrost vernachlässigen.

Gruß Heiner
Gast (Wilm T. Klaas)
(Gast - Daten unbestätigt)

  18.02.2004

Sehr geehrte Frau Hasselbaum,

eine Grobe übersicht über die Dichtenveränderung von Wasser über der Temperatur finden Sie auf filgender Seite:
http://www.wasser.de/verbraucher/h2o_physik/index.htm
Unter dieser Tabelle finden Sie auch einen Kurzen aber interessanten Satz zu den Werten. Den ich aber an dieser Stelle gerne einmal wiederhole: Die Angaben zur Dichte von Wasser besonders jenseits von Normbedingungen weichen in der Literatur voneinander ab.
Aber die Tabelle sollte Ihnen zumindest einmal einen Überblick verschaffen, ob die Dichteänderungen von Ihnen berücksichtigt werden müssen.

Gruß Wilm T. klaas



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