Antwort – Thermodynamik
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Thermodynamik
— by Gabriela Hasler Gabriela Hasler
Lektion 18.10.2016

Vortrag von Tobija:
Thema: Wie man einen Luftballon zum Schweben bringt -> dass es nicht steigt und nicht sinkt


Beginn mit dem neuen Thema Thermodynamik

1. Versuch
Zwei Gefässe, eines aus Kunststoff, das andere aus Glas, sind beide mit eingefärbtem Wasser gefüllt. Beide sind luftdicht verschlossen, mit Ausnahme von einem langen Röhrchen. Sie stehen in einem grösseren Gefäss, das kaltes Wasser enthält.
Giesst man nun heisses Wasser in das grosse Gefäss, lässt sich beobachten, dass der Wasserpegel im Glasgefäss steigt und im Plastikgefäss sinkt.
Die Ursache dafür ist die Bewegung der Moleküle. Sie wird schneller und braucht im Verhältnis mehr Platz, je wärmer der Stoff ist. Stoffe dehnen sich also aus, aber nicht alle gleich stark. Es hängt davon ab, wie fest die Moleküle des Stoffes aneinander gebunden sind. Da sich Kunststoff bei Wärmeeinfluss viel mehr ausdehnt als Glas, sinkt in diesem Gefäss der Wasserspiegel.

2.Versuch
Ein Kupferdraht wird zwischen zwei Halterungsstäben aufgespannt und an ein Netzgerät angeschlossen. In der Mitte auf dem Draht, liegt ein gefaltetes Stück Papier.
Setzt man den Draht nun unter Spannung, kann man erkennen, dass das Papierstück sinkt und der Draht nicht mehr gespannt ist. Würde man den Strom nun nicht abschalten, liesse sich beobachten, dass der Draht zu glühen beginnt. Schaltet man den Strom aber aus, sieht man, dass der Draht sich fast augenblicklich wieder in die Ausgangsposition zurückzieht.
Wenn der Kupferdraht von Strom durchflossen wird, erhitzt er sich. Grund dafür sind die Elektronen, die beim Durchfliessen des Drahtes mit den Atomen der Moleküle zusammenstossen und Reibung und Wärme erzeugen. Die Wirkung der Wärme kennen wir ja bereits: Die Molekülbewegung wird grösser - der Stoff dehnt sich aus, der Draht wird also länger. Kühlt er wieder ab, wird die Bewegung der Moleküle wieder kleiner und der Draht wieder kürzer.

3. Versuch
Über einem Bunsenbrenner wird ein Gefäss mit Wasser aufgestellt. Dieses ist mit einem Schlauch "verschlossen", der zu einem Rohr aus Kupfer führt. An dem Kupferrohr ist ein kleiner Zapfen befestigt, der auf einen Messzeiger drückt.
Der Bunsenbrenner wird angezündet. Schon nach kurzer Zeit beginnt das Wasser zu kochen und der Wasserdampf zieht durch den Schlauch ab. Der Messzeiger bei dem Kupferrohr steigt langsam und zeigt uns in Millimeter an, wieviel länger das Kupferrohr geworden ist.
Aus der Anfangslänge des Kupferrohrs, der Anfangs- und der Endtemperatur und dem Längenunterschied, den es gibt, lässt sich jetzt der Längenausdehnungskoeffizient von Kupfer berechnen.
Das ist aber allein mit Worten schwer zu erklären und leider ist meine Skizze dazu ein einziges Gekritzel...


Die Temperatur wird mit dem Buchstaben T abgekürzt. Manchmal braucht man auch den griechischen Buchstaben Theta, allerdings nur für Angaben in °C.
Der absolute Nullpunkt, also der Punkt, wo die Molekülbewegung auf das Minimum zurückgegangen ist, liegt bei -273,15°C, was 0K entspricht. 0°C entsprechen also 273,15K.
Wärme geht stets vom wärmeren zum kälteren Stoff über.