Spezifische Schmelzwärme und Erstarrungswärme

Neben der Verdampfung bzw. der Kondensation existieren noch weitere Phasenübergänge, die ebenfalls mit einem entsprechenden Wärmeumsatz verbunden sind. Hierzu zählt bspw. das Schmelzen bzw. der Umkehrvorgang, das Erstarren. Auch hierbei beobachtet man in der Regel ein Verharren der Temperatur auf einem konstanten Wert, wobei weiter Wärme zu- bzw. abgeführt werden muss, um die Aggregatzustandsänderung zu vollziehen.

Spezifische Schmelzwärme, Erstarrungswärme, Energie, Wärme, Diagramm

Interaktive Abbildung: Schmelzwärme und Erstarrungswärme

Analog zur spezifischen Verdampfungswärme bzw. spezifischen Kondensationswärme lassen sich solchen Aggregatzustandsänderungen entsprechende spezifische Schmelzwärmen \(q_S\) bzw. spezifische Erstarrungswärmen \(q_E\) zuordnen. Diese geben dann folglich Aufschluss darüber, wie viel Wärme zugeführt (\(Q_S\)) bzw. abgeführt (\(Q_E\)) werden muss, um eine bestimmte Masse \(m_S\) eines vorliegenden Stoffes zu schmelzen bzw. zu erstarren:

\begin{align}\;\;\;\;\;
& \boxed{q_S = \frac{Q_S}{m_S} } ~~~[q_S]=\frac{\text{J}}{\text{kg}}~~~~~\text{spezifische Schmelzwärme}\\[5px]
& \boxed{q_E = \frac{Q_E}{m_E} } ~~~[q_E]=\frac{\text{J}}{\text{kg}}~~~~~\text{spezifische Erstarrungswärme}\\[5px]
& \boxed{q_S = q_E } \\[5px]
\end{align}

Aufgrund des Energieerhaltungssatzes gilt auch dabei, dass jene Wärmeenergie die zum vollständigen Schmelzen eines Stoffes zugeführt wurde (Schmelzwärme \(Q_S\)), bei dem Umkehrprozess der Erstarrung dem Stoff wieder entzogen werden muss bzw. freigesetzt wird (Erstarrungswärme \(Q_E\)). Die spezifische Erstarrungswärme \(q_E\) besitzt folglich denselben Wert wie die spezifische Schmelzwärme \(q_S\). Beachte, dass auch die spezifische Schmelzwärme bzw. Erstarrungswärme eine Stoffkonstante ist die zusätzlich jedoch vom Druck abhängt!

Spezifische Schmelzwärme, Erstarrungswärme, Energie, Wärme, Diagramm

Abbildung: Schmelzwärme und Erstarrungswärme

Ist die spezifische Schmelzwärme \(q_S\) eines Stoffes je nach Umgebungsbedingungen bekannt, so kann nun für jede beliebig zu schmelzende Masse \(m_S\) die hierfür benötigte Schmelzwärme \(Q_S\) nach folgender Formel ermittelt werden:

\begin{align}\;\;\;\;\;
& \boxed{Q_S = m_S \cdot q_S } \\[5px]
\end{align}

Analoges gilt für die zu erstarrende Masse während eines Erstarrungsprozesses:

\begin{align}\;\;\;\;\;
& \boxed{Q_E = m_E \cdot q_E } ~~~~\text{mit}~~~ \boxed{q_E=q_S} \\[5px]
\end{align}

Hinweis: Im Falle von kristallinen Stoffen (d.h. bei Stoffen die einen regelmäßigen atomaren Aufbau besitzen wie Eis, Metalle, etc.) wird die Erstarrungswärme auch Kristallisationswärme genannt.

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