Sie sind hier: [Home] [Physik] [Ausdehnung bei Erwärmung]

Ausdehnung bei Erwärmung

Fast alle festen, flüssigen oder gasförmigen Stoffe besitzen die Eigenschaft, sich bei Erwärmung auszudehnen und bei Abkühlung zusammenzuziehen. Dabei besitzen feste Stoffe die geringste und gasförmige Stoffe die höchste Ausdehnung.

Warum dehnen sich die Stoffe aus?

Der Grund für die Ausdehnung der Stoffe bei Erwärmung, ob nun fest, flüssig oder gasförmig, liegt darin, dass die Elektronen, die um den Kern eines Atoms kreisen, mit zunehmender Erwärmung schneller werden. Die Erhöhung der Geschwindigkeit der Elektronen ist zugleich mit erhöhten Fliehkräften verbunden, ähnlich wie die Sitze eines Kettenkarussells mit höherer Geschwindigkeit nach außen drängen. Dementsprechend vergrößert sich das Volumen der Atomkernhülle und verringert sich umgekehrt bei Abkühlung. Gleichzeitig bedeutet die Ausdehnung, dass sich die Bindungsfähigkeit der Elektronen und damit des Atoms verringert. Ein praktisches Beispiel dafür zeigt sich in dem Umstand, dass es einfacher ist, mit heißem Wasser verschmutztes Geschirr abzuwaschen.

Die Ausdehnung von Festkörpern, Flüssigkeiten und Gasen

Dehnen sich feste Körper aufgrund erhöhter Temperatur aus, verändern sich die Länge, die Fläche und das Volumen.

Um diesen Prozess in einer Formel darzustellen, wird das Formelzeichen Delta ? verwendet, und zwar als sogenanntes Termsymbol mit der zusätzlichen Angabe, was sich verändert, etwa Länge oder Volumen, bsp: Δl für list oder ΔT für Temperaturänderung.

Formelerklärung: Die Längenänderung Δl eines Festkörpers der Länge ist proportional zur Temperaturänderung sowie ΔT zum (vom Material abhängigen) thermischen Längenausdehnungskoeffizient :

Δl = α * ΔT * l

Für die neue Länge l_neu = l + Δl nach der Temperaturänderung gilt damit: l_neu = l * (1 + α * ΔT)

Beispiel: Eine l = 10m lange Stange aus Eisen wird um ΔT = 50K erwärmt. Mit dem thermischen Längenausdehnungskoeffizient αF_e = 11,8 * 10^-6 * 1/K lässt sich die Längenveränderung der Stange berechnen:

Δl = α_Stahl * ΔT * l = 11,8 * 10^-6 * 1/K * 50K * 10m ≈ 0,006m

Die Längenausdehnung beträgt somit . Ähnlich wie bei der Länge funktioniert die Neuberechnung eines erwärmten Festkörpers auch bezüglich der Fläche und des Volumens:

l_neu = l * (1 + α * ΔT)
A_neu = A * (1 + α * ΔT)²
V_neu = V * (1 + α * ΔT)³ Oder V_neu = V * (1 + γ * ΔT)

oder

Bei Flüssigkeiten und Gasen gibt es bezüglich der Veränderungen durch Erwärmung nur eine Messgröße, das Volumen.

Formel: Die Volumenänderung ΔV von Flüssigkeiten oder Gasen ist proportional zur Temperaturänderung ΔT sowie zum (vom jeweiligen Stoff abhängigen) thermischen Volumenausdehnungskoeffizient γ:
ΔV = γ * ΔT * V

Flüssigkeiten und Gase befinden sich oft in fest verschlossenen Behältern, die eine Ausdehnung verhindern. In diesen Fällen lässt sich die Volumenänderung über die Druckveränderung (P) im Behältnis messen.

Quizfragen zum Thema

1. Warum zerspringt ein dickwandiges Gefäß aus Glas, wenn kochend heißes Wasser eingefüllt wird?

   Die inneren Schichten des Gefäßes dehnen sich schneller aus als die äußeren, wodurch Spannungen entstehen, die das Glas zerspringen lassen.

2. Was ist die „Anomalie des Wassers?

   1. Wasser besitzt seine größte Dichte bei einer Temperatur von +4 Grad Celsius und nicht etwa beim Gefrierpunkt 0 Grad Celsius

   2. Wasser dehnt sich beim Gefrieren aus, weshalb Eis auf dem Wasser schwimmt.

3. Wie verhalten sich Stoffe beim Erwärmen?

   Sie dehnen sich aus

4. Wie wird der Übergang von gasförmig zu flüssig genannt?

   Kondensieren

5. Warum wird in Thermometern kein Wasser zur Anzeige der Temperatur verwendet?

   In den meisten Thermometern erfolgt die Temperaturanzeige über die Ausdehnung oder Schrumpfung von Flüssigkeiten wie etwa Quecksilber. Wasser ist deshalb ungeeignet, weil es ab +4 Grad Abkühlung bei zunehmender Kälte nicht weiter schrumpft, sondern sich wieder ausdehnt. Es würde also trotz größerer Kälte auf der Skala des Thermometers steigende Temperaturen anzeigen.

[ © www.quizfragen4kids.de | Quizfragen nicht nur für Kinder ]

Nach oben | Sitemap | Impressum & Kontakt | Home
© www.quizfragen4kids.de