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Transkript Volumenänderung von Festkörpern und Flüssigkeiten

Hallo, heute wollen wir uns mit der Volumenänderung von Festkörpern und Flüssigkeiten beschäftigen. Was es damit auf sich hat? Beginnen wir mal mit der Volumenänderung von Festkörpern. Stellen wir uns so einen Körper vor, der aus vielen kleinen Teilchen, also Atomen zusammengesetzt ist. Ist der Körper sehr kalt, sitzen diese Teilchen ganz fest an ihrem Platz, und weil sie sich kaum bewegen, können sie sehr dicht zusammenrutschen, also nehmen sie wenig Raum ein. Führt man dem Körper dagegen Wärmeenergie zu, erhöht sich seine innere Energie, seine Temperatur. Das heißt, dass sich die Teilchen schneller bewegen, sie fangen an zu schwingen. Dabei stoßen sie gegeneinander und schubsen sich quasi herum. Also brauchen sie mehr Platz und der Körper nimmt mehr Raum ein. Er hat sich ausgedehnt. Je wärmer der Körper wird, desto weiter schwingen die Teilchen aus und stoßen dabei gegeneinander. Dabei überschreiten sie den früheren Rand des Körpers, was dazu führt, dass er sich ausdehnt. Wir können also festhalten, dass die Änderung der Temperatur eines Körpers zu einer Änderung seines Volumens führt. Allerdings müssen wir noch beachten, dass sich nicht alle Körper gleich stark ausdehnen. Es hängt vom Material ab. Das Volumen eines Körpers hängt also mit seiner inneren Energie, der Temperatur, zusammen. Sie gibt an, wie schnell sich die Teilchen in seinem Inneren bewegen und wie viel Platz sie dafür benötigen. Diese Volumenänderung von Festkörpern ist auch im täglichen Leben von Bedeutung. Würde man zum Beispiel Eisenbahnschienen an einem Stück produzieren und auslegen, hätten sie im Sommer keinen Platz um sich auszudehnen, also würden sie sich verbiegen. Deshalb verlegt man Eisenbahnschienen in kleinen Stücken. Wird es im Sommer warm, können sich die Stücke in die Lücken dazwischen ausdehnen. Das nennt man Dehnungsfugen. Problematisch wird es auch, wenn man 2 Materialien verarbeiten möchte und sie zusammensetzt, aber sich das eine stärker ausdehnt als das andere. Hat man hier zum Beispiel innen einen Ring aus einem sich stark ausdehnenden Material und außen aus einem sich schwächer ausdehnenden Material, dann würde im Sommer sich der innere Ring so stark ausdehnen, dass der äußere kaputt geht. Wusstest du schon: wegen der temperaturbedingten Volumenänderung ist der Eiffelturm im Sommer ungefähr 10 cm höher als im Winter.  Kommen wir nun zum zweiten Kapitel dieses Films. Der temperaturbedingten Volumenänderung von Flüssigkeiten. Stellen wir uns eine Flüssigkeit vor, die aus kleinen Teilchen besteht. Auch wenn die Flüssigkeit kalt ist, haben die Teilchen schon eine recht große Geschwindigkeit und bewegen sich aneinander vorbei. Erhöht man nun allerdings die innere Energie, also die Temperatur dieser Flüssigkeit, so bewegen sich die Teilchen noch schneller und brechen dabei über den früheren Rand hinaus. Also dehnen sich auch Flüssigkeiten aus, wenn man sie erwärmt. Genau wie bei den Festkörpern hat auch bei den Flüssigkeiten diese Volumenänderung Auswirkung auf das tägliche Leben. Zum Beispiel sollte man nie einen Benzintank ganz vollfüllen. Denn erwärmt er sich dann, dehnt sich das Benzin aus und würde wieder herauslaufen. Eine Flüssigkeit gibt es allerdings, bei der das völlig anders ist und das ist ausgerechnet die Flüssigkeit, die die größte Rolle in unserem Leben spielt. Das Wasser. Zeichnen wir uns ein Diagramm, indem wir auf die waagerechte Achse, die Temperatur in °C auftragen und auf die senkrechte Achse das Volumen. Wir beginnen dann, ziemlich weit rechts im Diagramm, bei einem normalen durchschnittlichen Volumen des Wassers und schauen, was passiert, wenn wir die Temperatur verringern. Zunächst verhält sich das Wasser wie jede andere Flüssigkeit - es zieht sich zusammen. Doch bei 4 °C hat es schon seine größte Dichte, also sein kleinstes Volumen erreicht und dehnt sich plötzlich sprunghaft wieder aus. Im gefrorenen Zustand, also als Eis, hat es dann zunächst einmal ein größeres Volumen als flüssiges Wasser. Erst nach und nach zieht es sich dann wieder zusammen. Wir halten noch mal fest, dass Wasser sein geringstes Volumen bei 4 °C hat und dass gefrorenes Wasser, also Eis, ein größeres Volumen hat, als flüssiges Wasser. Diese beiden Fakten bezeichnet man als Anomalie des Wassers. Auch diese Besonderheit des Wassers spielt in unserem Leben eine wichtige Rolle. Zum Beispiel kann ein Rohr, das mit Wasser gefüllt ist, im Winter platzen, wenn die Temperatur unter 0 °C sinkt. Dann gefriert das Wasser und dehnt sich sprunghaft aus. Weil sich das Rohr aber nicht genauso schnell ausdehnen kann, geht es kaputt. In der Natur hat die Anomalie des Wassers allerdings noch eine andere Bedeutung. Stellen wir uns einen See vor, normalerweise ist das warme Wasser oben und das kalte Wasser unten. Denn es hat eine größere Dichte. Wenn im Winter allerdings die Temperaturen sehr klein werden, sich also dem Gefrierpunkt annähern, dann ändert sich dieses Verhältnis. Wie wir wissen, hat Wasser seine größte Dichte, also sein kleinstes Volumen, bei 4 °C. Also ist dieses Wasser schwer im Vergleich zu Wasser, was nur 3, 2 oder 1° kalt ist. Deshalb sinkt im Winter das wärmste Wasser auf den Grund des Sees. Und das ermöglicht es Fischen, dort zu überleben. Fassen wir die wichtigsten Inhalte noch einmal kurz zusammen: Wenn man die innere Energie, also die Temperatur eines Körpers erhöht, so dehnt sich dieser aus. Dass gleiche gilt für Flüssigkeiten. Wasser allerdings hat sein geringstes Volumen bei 4 °C. Und festes Wasser-Eis hat ein größeres Volumen als flüssiges Wasser. Vielen Dank für eure Aufmerksamkeit beim Thema Volumenänderung.  

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8 Kommentare
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    super Video hat sehr geholfen

    Von Lea Baumann, vor 7 Monaten
  2. Wp 000233

    Ab wann (wieviel Grad Celsius/Kelvin) zieht sich gefrierendes Eis wieder zusammen? Habe davon noch nie gehört.

    Klar, dass sich ja Wasser auch zusammenziehen müßte, wenn sich andere Festkörper auch immer mehr zusammenziehen bei sinkenden Temperaturen.

    Von Juliane Viola D., vor etwa einem Jahr
  3. Default

    gibt es hier auch ein Video zur Teilchen bildung?

    Von Pascal D., vor etwa 2 Jahren
  4. Default

    ok vielen dank

    Von Fabri, vor mehr als 3 Jahren
  5. Nikolai

    @Fabri: Wasser hat die größte Dichte bei 4° Celsius, d.h. Wasser das kälter oder wärmer ist als 4° ist leichter. Im Sommer erwärmt sich das Wasser über 4° und das warme Wasser, welches am leichtesten ist, steigt nach oben. Ist der See tief genug, so dass die Sonne das Wasser am Grund nicht aufwärmen kann, dann sammelt sich am Boden das schwere 4° kalte Wasser. Im Winter kühlt der See unter 4° Celsius ab bis er gefriert. Eis hat eine geringere Dichte als Wasser, es schwimmt also auf der Oberfläche. Darunter liegen Wasserschichten mit Temperaturen zwischen 0° und 4°. Und ganz am Grund, sofern der See tief genug ist das er nicht komplett einfriert, sammelt sich das schwere 4° warme Wasser. Im Sommer wie im Winter findet man also am Grund eine Wasserschicht mit eine Temperatur von 4°C, nur sind im Sommer die darüberliegenden Schichten wärmer und im Winter kälter.

    Von Nikolai P., vor mehr als 3 Jahren
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    ich verstehe nicht ganz das beispiel mit dem see. warum ist im sommer das wärmere wasser oben und nicht unten wie im winter? den das warme wasser ist ja schwerer?

    Von Fabri, vor mehr als 3 Jahren
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    holla

    Von Nasser Behnejad, vor etwa 4 Jahren
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    Danke für das wunderbar erklärte Video!!! Ich, die in Physik Schwierigkeiten hat, hat das sogar verstanden!!! WEITER SO!!!!!!!

    Von Isabell2000, vor mehr als 4 Jahren
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