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Verdampfungswärme und Kondensationswärme

Definition: die Wärmemenge, die man benötigt, um eine ursprünglich flüssige Substanz zu verdampfen, bzw. die beim Kondensieren wieder freigesetzt wird

Englisch: evaporation heat, condensation heat

Kategorien: Grundbegriffe, Wärme und Kälte

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Wie man zitiert; zusätzliche Literatur vorschlagen

Ursprüngliche Erstellung: 08.11.2014; letzte Änderung: 20.08.2023

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Die Verdampfungswärme ist die Wärmemenge, die benötigt wird, um eine ursprünglich flüssige Substanz zu verdampfen, d. h. durch Sieden oder Verdunsten vom flüssigen in den gasförmigen Aggregatzustand zu bringen. Genauer ist nur der Anteil der Wärme gemeint, der für die Aggregatzustandsänderung benötigt wird und nicht für eine Erhöhung der Temperatur. Es handelt sich also um latente Wärme. Ein Großteil der für den Betrieb eines Dampfkessels benötigten Energie entfällt auf die Verdampfungswärme.

Wenn das entstandene Gas anschließend wieder kondensiert (verflüssigt) wird, wird genau wieder die Energiemenge als Wärme frei, die bei der Verdampfung aufgewendet werden musste. Die Kondensationswärme entspricht von der Menge her also genau der Verdampfungswärme.

Häufig spricht man von der spezifischen Verdampfungs- oder Kondensationswärme; dies ist die benötigte bzw. freiwerdende Wärmemenge dividiert durch die Menge der Substanz, die in der Regel als eine Masse oder manchmal auch ein Volumen angegeben wird. Außerdem gibt es die molare Verdampfungswärme, die auf ein Mol einer Substanz bezogen wird. Man findet deswegen unterschiedliche Einheiten wie MJ/kg (Megajoule pro Kilogramm), MJ/m3 (Megajoule pro Kubikmeter), kWh/kg und kJ/mol (Kilojoule pro Mol).

Verdunstung, also Verdampfung in eine darüber liegende Gasphase eines anderen Stoffs (z. B. Luft), kann auch dann auftreten, wenn einer Flüssigkeit keine Wärme von außen zugeführt wird. Die Verdampfungswärme wird dann der Flüssigkeit selbst und dem Gas darüber entnommen. Es erfolgt also eine entsprechende Abkühlung, die auch als Verdunstungskälte bezeichnet wird. Dieser Effekt wird beispielsweise in Nasskühltürmen ausgenutzt.

Verdampfungswärme von Wasser

Besonders häufig hat man in der Energietechnik mit der Verdampfungswärme von Wasser zu tun. Sie beträgt z. B. bei 100 °C (also beim Sieden bei Normaldruck) 40,7 kJ/mol bzw. 2,26 MJ/kg = 0,63 kWh/kg. Bei 20 °C (z. B. Verdunsten bei Zimmertemperatur) ist es etwas mehr: 44,2 kJ/mol oder 2,46 MJ/kg = 0,68 kWh/kg.

Wasser weist im Vergleich zu vielen anderen Flüssigkeiten eine besonders hohe spezifische Verdampfungsenthalpie auf. Dies liegt vor allem an den relativ starken Anziehungskräften zwischen den stark polaren Wassermolekülen. Dazu kommt, dass Wassermoleküle ziemlich leicht sind, sodass 1 kg Wasser besonders viele Moleküle enthält.

Mikroskopische Erklärung der Verdampfungswärme; Verdampfungsenthalpie

Die physikalische Ursache dafür, dass das Verdampfen eine Energiezufuhr benötigt, lässt sich mikroskopisch durch zwei unterschiedliche Beiträge erklären:

  • Die einzelnen Atome oder Moleküle liegen nahe bei einander, solange die Substanz noch flüssig ist. Hierbei treten gegenseitige Anziehungskräfte auf. Um die Atome oder Moleküle voneinander zu trennen, muss gegen diese Anziehungskräfte eine sogenannte Abtrennarbeit geleistet werden. Hierbei steigt die innere Energie.
  • Bei der Verdampfung nimmt das Substanzvolumen in der Regel sehr stark zu. Wenn diese Ausdehnung gegen einen äußeren Druck (beispielsweise gegen den atmosphärischen Druck) geschehen muss, leistet die Substanz dabei Arbeit an der Umgebung. Die für diese Volumenarbeit oder Verschiebearbeit zusätzlich benötigte Energiemenge ist das Produkt von Druck und Volumenzunahme ($p \cdot \Delta V$).

Die Summe beider Beiträge ergibt die Verdampfungswärme. Genauer spricht man hier von Verdampfungsenthalpie. Der Begriff Enthalpie unterstreicht, dass externe Faktoren wie der Umgebungsdruck mit berücksichtigt werden, wobei der Druck als konstant angenommen wird. Die Verdampfungsenthalpie ist also die isobare Verdampfungswärme.

Interessanterweise hängt die Verdampfungsenthalpie häufig kaum vom Druck ab. Bei höherem Druck erfolgt nämlich eine entsprechend geringere Volumenzunahme, sodass sich die Volumenarbeit effektiv kaum ändert. Die Abtrennarbeit ist ebenfalls kaum von Druck abhängig. Bei sehr hohen Drucken nimmt die Verdampfungsenthalpie allerdings ab und wird schließlich am kritischen Punkt sogar null. Beim Verdampfen knapp unterhalb des kritischen Punktes ist der Unterschied zwischen flüssiger und gasförmiger Phase auch bereits recht klein. Oberhalb des kritischen Punktes (im überkritischen Zustand) ist gar keine Unterscheidung zwischen flüssiger und gasförmiger Phase mehr möglich.

Außerdem hängt die Verdampfungsenthalpie von der Temperatur ab. Beispielsweise beträgt sie für Wasser bei 0 °C 45,0 kJ/mol, bei 100 °C aber nur noch 40,7 kJ/mol. Dies liegt daran, dass der durchschnittliche Abstand der Moleküle bei höherer Temperatur bereits etwas erhöht ist. Bei Annäherung an den sogenannten kritischen Punkt verschwindet die Verdampfungsenthalpie sogar vollständig.

Siehe auch: latente Wärme, Enthalpie, Schmelzwärme und Erstarrungswärme, Wasserdampf, Dampfkessel

Fragen und Kommentare von Lesern

05.06.2019

Ich bin gerade verwirrt: Verdunstungskälte oder Verdunstungswärme, bisher kannte ich nur die Verdunstungskälte, hab aber jetzt einen Bericht gelesen wo es heißt, ein nasses Tuch auf einen überhitzten Hund zu legen, würde Verdunstungswärme erzeugen. Stimmt das, oder entsteht da eigentlich eher ein Hitzestau, weil das Tuch verhindert dass die Wärme vom Hund abtransportiert werden kann?

Antwort vom Autor:

Das nasse Tuch kühlt den Hund, da die Verdunstung von Wasser Wärme verbraucht, effektiv also Kälte erzeugt. Solange das Tuch nass ist, überwiegt dieser Kühlungseffekt den genannten Isolationseffekt deutlich.

11.01.2020

Ich denke, Verdunstungskälte und Verdunstungswärme ist dasselbe, es kommt drauf an wie man es betrachtet. Verdunstungswärme ist die Energie, die der überhitzte Hund ans nasse Tuch abgibt, Verdunstungskälte ist die Abkühlung die das Tuch dem Hund gibt.

Antwort vom Autor:

Genau!

06.08.2020

Wieviel Wärme wird dann abgeführt, wenn von einer Wiese pro Tag ca. 4 Liter pro Quadratmeter Wasser verdunsten? Wieviel Liter Wasser verdunstet ein Baum pro Tag, wenn er Zugang zu Wasser hat?

Antwort vom Autor:

Das Verdampfen von 4 Litern Wassern benötigt ca. 10 MJ oder 2,8 kWh. Ein großer Baum kann viele hundert Liter täglich verdampfen. Das entspricht einer Kälteleistung von Dutzenden von Kilowatt.

17.08.2020

Danke, aber zum Verdunsten geht die Temperatur doch nicht auf 100 Grad hoch, dann dürfte doch zum Verdunsten von Wasser nicht so viel Energie benötigt werden bzw. wird durch das Verdunsten weniger Wärme abgeführt. Wieviel Wärme (Energie) wird in der Wüste (40...60 Grad Celsius) abgeführt, wenn 1 Liter Wasser verdunstet?

Antwort vom Autor:

Zwar steigt die Temperatur tatsächlich nicht auf 100 °C, aber trotzdem wird die genannte Menge von Wärme (0,68 kWh/kg bei 20 °C) für die Verdunstung benötigt (bei höheren Temperaturen ein bisschen weniger). Es ist eben nicht fühlbare Wärme, in Grad Celsius zu messen, sondern sogenannte latente Wärme.

24.08.2020

Ich habe mit einem Luftentfeuchter die folgende Messung gemacht: elektrischer Verbrauch 2,35 kWh (in 10,38 Stunden), Kondenswasser gewogen: 2,417 kg. Das Kondensieren von Wasser benötigt (s. o.) 0,68 kWh/kg, also 1,643 kWh.

Hat sich jetzt die Luft im Raum nur mit 0,68 kWh pro kg Kondenswasser erwärmt?

Antwort vom Autor:

Nein, die im Raum frei werdende Wärme ist pro Liter Kondenswasser 0,68 kWh (die Kondensationswärme) plus der Stromverbrauch von 2,35 kWh / 2,417 = 0,97 kWh, also zusammen 1,65 kWh.

Anders aufgezäumt hatten Sie eine elektrische Leistung von durchschnittlich 2,35 kWh / 10,38 h = 226 W und erzielten damit eine Heizleistung von (2,35 kWh + 1,64 kWh) / 10,38 h = 384 W. Das ist im Grunde ein Effekt wie bei einer Wärmepumpe mit einer Leistungszahl von 384 / 226 = 1,7 – nur dass Sie hier nicht Wärme von draußen nutzen sondern eben die Kondenswärme des Wassers, was in der Luft war.

28.08.2020

Wenn man also das Klima kühlen will, dann müßte man Dürregebiete und Wüsten salzfrei bewässern um die Wärme abzuführen, daß sich klimakühlende Wolken bilden können. Warum kommen die Politiker und die Klimatologen nicht auf diese Idee?

Antwort vom Autor:

Gegenfrage: Woher wollen Sie in Dürregebieten große Mengen salzfreien Wassers hernehmen? Ist das Problem dort nicht gerade das, dass es zu wenig Wasser gibt?

28.12.2020

Wenn ich mein zweijähriges Brennholz im Keller mit einem Luftentfeuchter weiter trockne, gewinne ich damit zweimal Energie, oder? Einmal mit der Kondensationswärme im Keller und einmal weil jetzt das Holz einen besseren Heizwert hat.

Antwort vom Autor:

Der erste Punkt stimmt nicht: Die Kondensationswärme wird kompensiert durch die entzogene Verdampfungswärme im Holz. Ohnehin nützt eine Wärmezufuhr im Keller nicht allzu viel.

Die Frage ist, ob sich der zusätzliche Energieaufwand für den Luftentfeuchter lohnt. Vielleicht trocknet das Holz auch ohne das schon genügend aus, wenn auch etwas langsamer. Dann müsste allerdings der Keller entsprechend belüftet sein. Wenn das nicht der Fall ist und dann womöglich Schimmel auftritt, wäre der Betrieb des Luftentfeuchters natürlich sehr sinnvoll.

04.03.2021

Ist die spezifische Verdampfungsenthalpie von Wasser auf 4000 Metern Höhe dieselbe wie auf Meereshöhe?

Antwort vom Autor:

Ja, der äußere Luftdruck spielt dafür keine Rolle. Mikroskopisch betrachtet: Die Energie, um eines der Moleküle in die Gasphase zu überführen, hängt nicht davon ab, wie viele Luftmoleküle gleichzeitig auf die Oberfläche prasseln.

17.03.2021

Wie stark kühlt sich 1 kg Wasser (25°C) ab, wenn 10 g davon verdunsten?

Antwort vom Autor:

Die Verdampfungswärme von 10 g ist 22,6 kJ. Wenn wir annehmen, dass diese vollständig dem flüssigen Wasser entzogen (also nicht von außen zugeführt) wird, berechnet sich mithilfe der Wärmekapazität (4,19 kJ / (kg K)) eine Temperaturabsenkung von 22,6 kJ / 4,19 kJ / K = 5,4 K. Das ist also schon einiges angesichts der Tatsache, dass nur ein Prozent verdampft wird.

07.06.2021

Lässt sich die Abkühlung eines feuchten Materials (z.B. wassergetränkter Ziegel) ebenso wie im vorherigen Kommentar über die spez. Wärmekapazität berechnen? Werden hierzu die beiden spez. Wärmekapazitäten vom Ziegel und Wasser anteilig addiert?

Bsp.: 1kg Ziegel enthält 100 g Wasser; c (Ziegel) = 920 J/kgK, c (Wasser) = 4200 J/kgK. Somit c (gemischt) = 920 J/kgK + 0,1 * 4200 J/kgK = 1340 J/kgK?

Wenn jetzt aber 10 g Wasser (25°C) verdunstet, wäre die Verdampfungswärme ja 22,6 kJ, und die resultierende Abkühlung 22,6 kJ / 1,34 kJ/K = 16,87 K. Ergibt das Sinn? Der Wert erscheint ja relativ hoch.

Antwort vom Autor:

Theoretisch könnte die Wärmekapazität des feuchten Zieles ein wenig anders ausfallen, wenn das nicht genau dasselbe ist wie Ziegel und Wasser separat. Ich vermute aber mal, dass das nicht viel ausmacht und Sie deswegen etwa richtig liegen.

Dass die Verdampfung so viel bewirkt, kann mich nicht wundern – die Verdampfung von Wasser ist eben ziemlich hoch.

10.06.2021

Bzgl. meiner Frage vom 07.06.21: Irgendwie erscheint mir diese Rechnung etwas zu "linear". Wenn anstatt der 10 g nun 100 g verdampfen, was ja durchaus möglich ist, wird sich das Wasser oder der feuchte Ziegel ja wohl kaum um 54 K bzw. 168,7 K abkühlen.

Antwort vom Autor:

Nein, das zeigt nicht, dass etwas nicht stimmen kann. Die Verdampfung führt zu einer gewissen Abkühlung, welche zunächst die weitere Verdampfung bremst. Dann fließt aber ständig Wärme aus der Umgebung nach, was die Abkühlung vermindert und eine weitere Verdampfung ermöglicht.

12.01.2022

Warum ist die Verdampfungsenthalpie temperaturabhängig?

Antwort vom Autor:

Man könnte die Frage mit relativ abstrakten thermodynamischen Überlegungen angehen oder auch mit relativ einfachen (eben nicht quantitativen) Gedanken: Kurz vor dem Siedepunkt sind die Moleküle durchschnittlich schon etwas weiter voneinander entfernt, also weniger stark aneinander gebunden, sodass man weniger Energie braucht, um sie von der flüssigen Phase zu entfernen.

10.10.2022

Wenn es im Winter Eisblumen an einer Fensterscheibe gibt, wird es dann im Raum wärmer?

Antwort vom Autor:

Zunächst mal passiert dies nur an Scheiben mit Einfachverglasung und katastrophal hohen Wärmeverlusten. Dann aber führt die Kondensation und Erstarrung des Wassers tatsächlich zu einer gewissen Erwärmung der Scheibe, d. h. sie wird nicht gar so kalt, wie sie ohne diesen Effekt geworden wäre. Wenn aber das Eis zu anderen Zeiten wieder schmilzt und verdampft (also nicht vorher anders entfernt wurde), wird diese Wärme wieder aufgenommen.

05.11.2022

Man liest häufig davon, dass es im Winter effizienter sei, Wäsche mit einem Trockner zu trocknen, als diese aufzuhängen, weil die Verdunstung dem Raum zu viel Wärme entzieht, die man nachheizen muss. Ein effizienter Wäschetrockner benötigt zwischen 1 und 2 kWh pro Wäsche, je nach Füllstand und Trockengrad. Wenn ich jetzt mal annehme, dass in so einer Ladung Wäsche noch ca. 2 Liter Wasser enthalten sind, dann muss ich für das Verdunsten ca. 1,36 kWh an Wärmeenergie investieren. Wenn ich nun davon ausgehe, dass die Energiekosten für das Heizen und den Strom in etwa ähnlich sind (was in der Regel nicht stimmt, meist ist Heizen günstiger pro kWh), dann muss der Trockner schon sehr effizient sein, damit er auch nur ansatzweise gegen das einfache Verdunsten bestehen kann. Mache ich einen Denkfehler?

Antwort vom Autor:

Nein, Sie liegen schon richtig. Zusätzlich ist zu bedenken, dass ein Trockenraum im Keller nicht unbedingt nachgeheizt werden muss – er darf ruhig durch das Trocknen ein wenig abkühlen. Allerdings ist damit die Problematik des Lüftens noch nicht berücksichtigt; wenn der Trockenraum ungünstig belüftet wird, etwa durch ein dauerhaft gekipptes Fenster, werden die Wärmeverluste höher.

09.12.2022

Wenn ich in einem Reaktor 100 kg Wasser verdampfe, muss ich bei atmosphärischen Bedingungen 62,7 kWh Energie aufbringen. Nach meiner Intuition wäre doch dieser Wert tiefer im Vakuum? Also beispielsweise bei 0,6 bar mit nur ca. 80 °C Siedetemperatur. Aber scheinbar macht das keinen Unterschied?

Antwort vom Autor:

Die deutlich tiefere Siedetemperatur bedeutet keineswegs eine entsprechend niedrigere Verdampfungsenthalpie. Vielmehr muss man die Abtrennarbeit und Verschiebungsarbeit berücksichtigen, und unter dem Strich macht das nicht allzu viel aus.

11.12.2022

Ich habe kürzlich mit meinem Bruder über meinen Vorschlag diskutiert, im Winter das Wasser nach dem Baden in der Wanne zu belassen, damit bei thermostatisch geregelter Raumtemperatur die Energie zum Wärmen der Wohnung genutzt werden kann.

Mein Bruder meinte, dass der Wärme-Effekt vernachlässigbar sei, weil das Wasser verdunstet und ihm damit Energie entzogen wird. Ich vermute hingegen, dass der Verdunstungs-Effekt vernachlässigbar ist, da die Wärmeabgabe des Wassers an die Luft viel schneller erfolgt als die Verdunstung.

Wer hat recht?

Antwort vom Autor:

Eine schwierige Frage! Der Verdunstungs-Effekt ist vermutlich schon nicht so gering, falls die Badezimmertür offen bleibt und sich die Feuchtigkeit im Haus verteilt. Bleibt die Tür im (kleinen?) Badezimmer zu, kann freilich nicht allzu viel Wasser verdunsten. Und die zusätzliche Luftfeuchtigkeit kann im Winter natürlich auch nützlich sein – vielleicht betreibt man sonst einen Luftbefeuchter.

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