Physik in der Küche

Einige Schüler:innen der 6A und 6B haben sich in ihrem Forscherdrang bereit erklärt, über die Osterferien in freiwilliger Küchenarbeit zu versuchen, die Frage nach der spezifischen Wärmekapazität von Hühnereiern (bzw. Ostereiern) zu beantworten.

Bei dieser Materialeigenschaft handelt es sich um eine Zahl, die angibt, wie viel Wärmeenergie benötigt wird, um 1 kg des betrachteten Stoffes um 1 °C zu erwärmen. Der Begriff „Kapazität“ ist dabei historisch etwas unglücklich gewählt – er bedeutet nämlich nicht, dass der betrachtete Stoff eine bestimmte Wärmemenge aufnehmen oder speichern kann, sondern gibt eher an, wie „schwer“ es in Bezug auf die benötigte Wärmeenergie ist, den Stoff zu erwärmen.

Gerade um die Osterzeit kann es interessant sein, sich zumindest ungefähr bewusst zu machen, wie viel Energie man beim Kochen (z.B. von Eiern) benötigt. Die Schüler:innen haben dazu ein relativ einfaches Experiment durchgeführt, bei dem gemessen wird, wie viel Wärmeenergie ein gekochtes, noch heißes Ei an ein Glas mit kaltem Wasser beim „Abschrecken“ der Eier abgibt. Unter vereinfachenden Modellannahmen folgt aus den theoretischen Überlegungen und mit etwas mathematischer Muskelkraft dann, wie groß die spezifische Wärmekapazität der Hühnereier in etwa sein müsste.

Der Durchschnitt über alle eingereichten Versuchsdaten der Schüler:innen liefert in etwa eine spezifische Wärmekapazität von (2.6±0.4) "Joule" "pro" "Gramm" "pro" °"C" , wenn man davon ausgeht, dass bei allen Versuchsdurchführungen in etwa die gleichen Bedingungen vorgeherrscht haben und die Genauigkeit der Messgeräte als in etwa identisch, aber doch eher pessimistisch (also handelsübliche Küchengeräte, keine Laborgeräte) eingeschätzt wird.

Das heißt: um z.B. ein kühlschrankkaltes Hühnerei der Gewichtsklasse M (ca. 60 g) von 5 °C auf eine Kerntemperatur von 67 °C zu erhitzen (das wäre ca. die ideale Temperatur für ein wachsweiches Frühstücksei), dann würde man ca.

(2.6±0.4)⋅60⋅62=(9672±1488) "Joule"

Wärmeenergie dafür benötigen. Die reinen Energiekosten für ein Ei wären also verhältnismäßig gering – wenn denn die Energie des Herdes beim Kochen vollständig und verlustfrei rein zum Erhitzen des Hühnereis genutzt werden könnte. Die Eier werden aber meistens in siedendem Wasser zubereitet.

Wenn man in der Literatur zu den Untersuchungen eines Hühnereis und seinen Eigenschaften nachschlägt (ja, solche Untersuchungen fanden/finden statt), kommt man zum Schluss, dass die spezifische Wärmekapazität in etwa im Bereich von 3.0 "Joule" "pro" "Gramm" "pro" °"C" liegen sollte. Damit zeigt sich, dass die erhaltenen Messdaten der Schüler:innen durchaus plausibel sind – auch, wenn manchmal vielleicht etwas schief gegangen sein mag.

Die Fotos von der Versuchsdurchführung wurden von Gruppe 3 (Maria Fagerer und Katrin Kurz) bereitgestellt.