Erste Dichteanomalie des Wassers beim Abkühlen
Die unregelmäßige Wärmeausdehnung von Wasser mit dem Dichtemaximum bei \(4\,^\circ\rm{C}\) wird häufig als Anomalie des Wassers bezeichnet. Sie ist die Ursache dafür, dass tiefere Seen auch im strengen Winter nicht auf den Grund zufrieren und so das Überleben der Fische gesichert ist. Die Animation in Abb. 1 stellt stark vergröbert die Schichtungen im Wasser dar, die sich bei unterschiedlichen Außentemperaturen einstellt. Die Ursache dieser Schichtung ist der unterschiedliche Auftrieb der verschieden dichten Flüssigkeitsbereiche.
Zweite Dichteanomalie des Wassers beim Gefrieren
Joachim Herz Stiftung
Neben dem Dichtemaximum bei \(4\,^\circ\rm{C}\) wird oft auch die Tatsache als Anomalie bezeichnet, dass beim Übergang vom flüssigen (Wasser) in den festen Zustand (Eis) die Dichte sprunghaft abnimmt. Das bedeutet, dass \(1\,\rm{kg}\) Wasser, das bei \(4\,^\circ\rm{C}\) ein Volumen von etwa \(V=1000{,}03\,\rm{cm^3}\) einnimmt, nach dem Gefrieren (z.B. bei \(-5\,^\circ\rm{C}\)) deutlich mehr Raum einnimmt. Dies ist auch in der folgenden Grafik dargestellt. Entsprechend ist die Dichte von Eis geringer als die Dichte von Wasser.
Aufgabe
Abb. 3 zeigt links einen Eiswürfel in Wasser und rechts eine Kerze in flüssigem Kerzenwachs.
Erläutere, was du anhand der beiden Bilder über die Veränderungen der Dichte von Wasser und Wachs beim Übergang vom flüssigen in den festen Zustand aussagen kannst.