Wärmelehre

Ausdehnung bei Erwärmung

Längenänderung fester Stoffe

  • Wie funktioniert ein Heißluftballon?
  • Wofür sind die Dehnungsfugen in Mauern?
  • Warum darf man keine Wasserflaschen ins Eisfach legen?
  • Wie überleben Fische eigentlich im Winter?

Längenänderung fester Stoffe

Längenänderung eines Drahtes

zum Video (von T. Hemmert, Uni Würzburg)

Ein Metall-Draht hängt von der Höhrsaaldecke und wird mit einem Strom beheizt.

Betrachte das Video, beobachte dabei die Längenänderung und formuliere das Versuchsergebnis.

Die Anfangslänge des Drahtes beträgt l = 9,0m, der Längenausdehnungskoeffizient beträgt αdraht = 0,0090 mm/(m·°C). Bestimme aus den angegebenen Daten die Drahttemperatur.

Längenänderung eines Gummischlauches

zum Video (von T. Hemmert, Uni Würzburg)

Ein Gummischlauch hängt von der Decke. An seinem Ende hängt ein kleines Gewicht, damit er gerade hängt. Nun wird er auf einer größeren Länge mit einem Bunsenbrenner erwärmt.

Betrachte das Video, achte auf die Längenänderung des Gummischlauches. Beschreibe den Versuch und erkläre ihn.

Volumenänderung fester Stoffe

Mit einer Eisenkugel, die durch eine ringförmige Öffnung in einem Metallgestell passt, kannst du die Volumenausdehnung von Festkörpern untersuchen.

Aufgabe

a) Beschreibe die Versuchsdurchführung mit deinen eigenen Worten.

b) Beschreibe deine Beobachtungen bei der Durchführung des Versuchs.

c) Deute deine Versuchsbeobachtungen aus physikalischer Sichtweise.

Lösung

a) Zunächst wird die Metallkugel durch das Loch im Metallgestell geführt und gezeigt, dass sie hindurch passt. Anschließend wird die Metallkugel mit einem Bunsenbrenner erhitzt. Nun wird versucht die heiße Metallkugel durch das Loch im Metallgestell zu führen.

b) Du kannst beobachten, dass die kalte Kugel zu Beginn problemlos durch das Loch im Metallgestell passt. Nach dem Erhitzen der Kugel passt die Kugel jedoch nicht mehr durch das Loch, sondern bleibt stecken. Nach einiger Zeit des Wartens fällt die Kugel jedoch wieder durch das Loch nach unten.

c) Zu Beginn passt die Kugel durch das Loch, nach dem Erhitzen nicht mehr. Die Kugel hat sich also beim Erhitzen ausgedehnt, Volumen und Durchmesser sind nun größer. Daher passt die Kugel nun nicht mehr durch das unveränderte Loch im Metallgestell und bleibt stecken. Allerdings kühlt die auf dem Metallgestell liegende Kugel langsam wieder ab. Dabei zieht sich das Metall wieder zusammen, Volumen und Durchmesser der Kugel werden wieder kleiner und wenn die Kugel kalt genug ist, passt sie wieder durch das Loch im Metalgestell und fällt hindurch nach unten.

Druckversion