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Kalorimetrische Bestimmung der Ultraschalleistung

Akustik Ak 2.1 Versuch 1.16

Einführung

Aufgrund der Absorption des Ultraschalls in Wasser kann die Schalleistung aus dem Temperaturanstieg einer beschallten Wassermenge bestimmt werden. Dazu wird die vom Wasser aufgenommene Wärmemenge ΔQ aus der Temperaturerhöhung Δ gemäß

   ΔQ = m · c · Δ

mit der Masse des Wassers m und seiner spezifischen Wärmekapazität c = 4187 J/(kg K) berechnet.

Die Schalleistung P ergibt sich als Quotient aus der Wärmemenge ΔQ und der Einwirkungszeit des Ultraschalls Δt zu

             (1)

Material

Dreifuß
Stativstange, 4kt, l = 400 mm
Doppelmuffe
Universalklemme
Dewargefäß, 500 ml
Demonstrations-Stoppuhr
Temperaturfühler Messbereich +120 °C
Drehspulinstrument
Ultraschallgenerator

Versuchsaufbau Versuchsaufbau s. Abb. 16 (Ultraschallgenerator Betriebsart: Sinus) Das Dewargefäß ist mit einer abgemessenen Wassermenge (etwa 100 g bis 300 g) gefüllt. Der Schallkopf ist an einer Universalklemme so befestigt, dass er mit der Stirnfläche etwa 1-2 mm in das Wasser eintaucht. Die Klemme hält auch das in die Flüssigkeit eintauchende Thermoelement.

Durchführung

Nachdem die Ausgangstemperatur des Wassers bestimmt wurde, stellt man den Ultraschallgenerator auf volle Leistung ein. Nach jeweils etwa 60 Sekunden wird die Wassertemperatur erneut gemessen.

Aus der Temperaturerhöhung Δ und der Wassermenge m wird die Schalleistung gemäß Gleichung (1) berechnet.

Ergebnis

Im Messbeispiel betrug die Wassermasse m = 0,2 kg. Der zeitliche Temperaturanstieg war im Rahmen der Messgenauigkeit nahezu konstant (siehe Tabelle) und betrug insgesamt Δ = 6 K in der Zeit Δt = 300 s.

t/s	0	60	120	180	240	300
/°C	27	28	29,5	30,5	31,5	33