Wasserabkühlung

Versuchsaufbau

Erlmeyerkolben, Glasröhrchen, Gummistopfen mit Loch (passend zum Erlmeyerkolben), Wasser, Lebensmittelfarbe, Behältnis mit zerkleinertem Eis

  • 1 Erlmeyerkolben,
  • 1 Glasröhrchen,
  • 1 Gummistopfen mit Loch (passend zum Erlmeyerkolben),
  • Wasser,
  • Lebensmittelfarbe oder Tinte,
  • 1 Behältnis mit zerkleinertem Eis,

Versuchsdurchführung

Versuchsbeobachtung

Erläuterung für die Lehrerin/ den Lehrer

Was fachlich hinter dem Versuch steckt

Temperatur charakterisiert den Wärmezustand eines Stoffes. Er beruht nach der kinetischen Wärmetheorie auf verschieden schnellen Molekülbewegungen. Temperatur ist ein Maß für die mittlere Geschwindigkeit der Teilchen. Die Temperatur wird dabei nicht einem einzelnen Molekül, sondern immer dem gesamten Molekülkollektivs zugeschrieben. Wärme dagegen bezeichnet die Energie, die zwischen Körpern unterschiedlicher Temperatur fließt. Wärme löst physikalische und chemische Wirkungen sowie physiologische Empfindungen aus. Dass Wärme und Temperatur in der Physik etwas anderes bedeuten, kann man sich auch an folgendem Beispiel gut verdeutlichen: Wenn man Eis von Null Grad erwärmt, dann behält das Eis-Wasser-Gemisch eine ganze Weile die Temperatur von Null Grad. In diesem Beispiel führt man ständig Wärme zu, ohne dass sich die Temperatur verändert. Wird der Wärmezustand eines Stoffes verändert, hat dies Einfluss auf sein Volumen. Fast alle Stoffe dehnen sich bei Erwärmung aus und ziehen sich beim Abkühlen zusammen. Diese Eigenschaft der meisten Stoffe wird als Grundlage für die verschiedenen Thermometer genutzt. Hier werden meist Flüssigkeiten verwandt, da die Volumenänderung hier besonders gut sichtbar gemacht werden kann. Die Volumenausdehnung von Flüssigkeiten ist von folgenden Faktoren abhängig: vom Ausgangsvolumen V0, von einer Materialkonstanten, dem spezifischen Ausdehnungskoeffizienten b, und von der Temperaturdifferenz zwischen Anfangs- und Endzustand DT. Die Volumendifferenz D V ergibt sich dann folgendermaßen: Ein Wärmeaustausch zwischen zwei Stoffen findet immer dann statt, wenn einer der beiden Stoffe eine höhere Temperatur hat als der andere. Dabei geht eine bestimmte Wärmemenge vom wärmeren zum kälteren Stoff über. Im obigen Versuch findet ein Wärmeaustausch zwischen dem Eis und der Flüssigkeit im Erlmeyerkolben (über das Glas des Erlmeyerkolbens) statt. Dem Wasser wird dabei Wärme entzogen. So wie sich Wasser bei Erwärmung ausdehnt und sein Volumen somit vergrößert, zieht es sich bei Abkühlung zusammen und verringert sein Volumen (Dies gilt für Wasser bis zu einer Abkühlung auf ca. 4° C.), weshalb ein Absinken des Wasserpegels zu beobachten ist.

Monika Abhar