Wie verhalten sich verschiedene Stoffarten wenn man sie erwärmt und wieder abkühlt? Dazu lernst Du verschiedene Versuche kennen.
Lehrerexperiment
a) erhitzt wird
b) wieder abkühlt
Aufbau und Durchführung:
Material:
Metallkugel mit einer Halterung mit einem Loch
Gasbrenner
Tiegelzange
Spritzflasche mit Wasser
Eine Metallkugel, die gerade so durch ein Loch in einer Metallplatte passt wird mit dem Gasbrenner erhitzt.
Anschließend wird sie wieder auf das Loch gelegt.
Danach wird die Metallkugel mit Wasser abgekühlt.
Beobachtung und Erklärung:
Bei Raumtemperatur passt die Metallkugel noch durch das Loch. Wir die Metallkugel lange genug erhitzt passt sie mehr durch das Loch. Sie bleibt auf dem Metallblech liegen. Erst wenn sie wieder ist passt sie hindurch.
Feste Stoffe dehnen sich bei aus und ziehen sich bei wieder zusammen.
erhitzen, ich erhitze
abkühlen, ich kühle ab
Das Verhalten von Gasen lässt sich einfach mit Hilfe von Luft untersuchen.
a) erhitzt wird
b) wieder abkühlt
Aufbau und Durchführung:
Material:
Stativfuss, Stativstange, Klemme mit Muffe, Becherglas, Wasser, Erlenmeyerkolben, Stopfen mit Loch, Glasrohr
Verschließe einen Erlenmeyerkolben mit einem Stopfen mit einem Loch und einem Glasrohr darin. Befestige den Erlenmeyerkolben schräg an einem Stativ mit Muffe, so das das Glasrohr in ein mit Wasser gefülltes Becherglas eintaucht. Erwärme den Erlenmeyerkolben mit den Händen oder einer Kerze.
Beobachtung und Erklärung:
Wenn der Erlenmyerkolben erwärmt wird, kann man sehen wie das Wasser aus dem Glasrohr herausgedrückt wird und Luftbläschen im Wasser aufsteigen. Durch die Hände oder die Kerze wird der Erlenymerkolben . Dadurch wird auch die im Erlenmyerkolben . Die warme Luft sich aus. Die sich ausdehnende Luft strömt durch das ins Wassser. Es sind zu beobachten.
Die Luft hat sich bei der Erwärmung .
verschließen, ich verschließe
aufsteigen, sie steigen auf
Aufbau und Durchführung:
zusätzliches Material:
Auffanggefäß, Becherglas, Wasser
Du führst dieses Experimentdirekt im Anschluss zu Erwärmung von Luft
durch. Zu dem oben geschilderten Aufbau benötigst Du noch ein Auffanggefäß, das Du unter den Erlenmeyerkolben stellst und ein Becherglas mit kaltem Wasser. Du kühlst den Erlenmeyerkolben mit dem Wasser ab.
Beobachtung und Erklärung:
Durch das Wasser wird der Erlenmyerkolben abgekühlt. Die Luft im Erlenmyerkolben wird auch . Die Luft zieht sich und Wasser strömt in das und in den Erlenmeyerkolben.
Gase dehnen sich bei aus und ziehen sich bei wieder zusammen.
a) erhitzt wird
b) wieder abkühlt
Aufbau und Durchführung:
Material; Erlenmeyerkolben, Stativmaterial, Gasbrenner, Stopfen mit Loch, Glasrohr
Fülle einen Erlenmeyerkoben mit Wasser und verschließe ihn mit einem Stopfen mit einem Glasrohr so das das Wasser im unteren Ende des Glasrohrs zu sehen ist. Erwärme einmal im Wasserbad das Wasser im Erlenmeyerkolben und kühle es in einem kalten Wasserbad wieder ab.
Beobachtung und Erklärung:
Beim steigt das Wasser im Glasrohr nach . Beim nimmt das Wasser im Glasrohr ab. Das Wasser muss sich beim ausgedehnt haben und beim wieder zusammengezogen haben.
Flüssigkeiten dehnen sich bei aus und ziehen sich bei wieder zusammen.
Feste Stoffe...
Gase...
Flüssigkeiten...
Hier findest Du jetzt einige Anwendungsgebiete bei denen die Wärmeausdehnung berücksichtigt werden muss:
Sprinkleranlage, Bratschlauch, Tanklastzug, Brücken, Rohrschleifen, Fahrdrähte von Zügen, Dampfkochtopf, Heizungsanlage
Elektrisch betriebene Züge bekommen ihren Strom von der Oberleitung, bzw. den Fahrdrähten die über dem Zug sind. Damit diese nicht durchhängen, sondern immer gut gespannt sind gibt es die sogenannten Radspanner, die ein Seil zum Spannen der Fahrdrähte umlenken und an diesen hängen Spanngewichte. Bestimmt hast Du das beim Zug- oder S-Bahnfahren schon mal gesehen.
Rohrleitungen, die länger sind oder durch die heiße Flüssigkeiten oder Gase transportieren, haben häufig Schleifen oder Knicke, so dass die Rohre ungestört sich ausdehnen und zusammenziehen können.
Zurück zu den Zügen, die Schienen dehnen sich auch stark in der Länge aus. Deswegen werden in Deutschland die Schienen mit Betonschwellen in geringem Abstand sprichwörtlich in Form gepresst. Ansonsten könnte es passieren, das die Schienen sich auseinanderbiegen und der Zug entgleist.
Damit bei Temperaturänderungen während des Transports es nicht dazu kommt, das der Tankinhalt sich ausdehnt und den Tank beschädigt, werden Tanklastwagen nicht komplett aufgefüllt, sondern Platz zum Ausdehnen des Tankinhaltes gelassen.
Damit eine Brücke sich nicht selbst durch die Wärmeausdehnung sprengt, sind zwischen den einzelnen Brückenteilen Dehnungsfugen eingebaut. Damit lange Brückenteile beim Ausdehnen nicht die Brückenpfeiler beschädigen, liegen sie auf sogenannten Brückenlagern und können so über den Pfeiler rollen.
Die Sprinkler von Sprinkleranlagen sind mit einer kleinen Glaskapsel verschlossen. In der eine Flüssigkeit drin ist, die sich bei Erwärmung, also einem Feuer, schnell ausdehnt. Dabei sprengt die sich ausdehnende Flüssigkeit die Kapsel und so wird die Wasserleitung des Sprinklers geöffnet. Jetzt spritzt das Wasser aus der Sprinkleranlage und löscht das Feuer.
Wenn man einen Bratschlauch befüllt, ist dieser am Anfang relativ flach. Beim Backen im Ofen allerdings ist der Bratschlauch prall gefüllt mit der Luft, die sich im Bratschlauch im warmen Ofen ausgedehnt hat.
Der Dampfkochtopf hat ein Druckventil, damit bei zu viel Druck der Topf nicht explodiert.
Da in der Heizungsanlage Wasser erhitzt wird kann es zu Volumenänderungen kommen. Damit der Druck in den Heizwasserleitungen immer stimmt und es nicht zu Überdruck kommt, gibt es die sogenannten Ausdehnungsgefäße. Diese Gefäße nehmen den Wasserüberschuss der bei der Ausdehnung auftritt auf.
