Ausdehnung bei Erwärmung
Wärmelehre
Klasse 5, 6
- Warum haben Brücken Dehnungsfugen?
- Wie funktioniert ein Flüssigkeitsthermometer?
- Was ist das Besondere am Wasser (Anomalie)?
Schlau Fassung
Ausdehnung bei Erwärmung
- Fast alle Stoffe dehnen sich beim Erwärmen aus und ziehen sich beim Abkühlen zusammen – Feststoffe wenig, Flüssigkeiten mehr, Gase am stärksten.
- Technik muss das berücksichtigen: Dehnungsfugen in Brücken und Schienen, durchhängende Freileitungen im Sommer, Rollenlager an Brückenenden.
- Das Flüssigkeitsthermometer nutzt die Ausdehnung: Die Flüssigkeit steigt im dünnen Röhrchen sichtbar an. Das Bimetall (zwei verschieden stark ausdehnende Metalle) krümmt sich bei Erwärmung – genutzt in Thermostat und Blinker-Relais.
- Anomalie des Wassers: Wasser hat bei \(4\,^{\circ}\mathrm{C}\) seine größte Dichte; Eis ist leichter als Wasser. Deshalb frieren Seen von oben zu und Fische überleben am Grund.
Aufgaben
- Warum passt ein festsitzender Marmeladenglas-Deckel nach heißem Abspülen plötzlich?
Lösung
Der Metalldeckel dehnt sich beim Erwärmen stärker (und schneller) aus als das Glas – er sitzt lockerer. - Erkläre, warum man Gehwegplatten nicht fugenlos verlegen darf.
Lösung
Bei Erwärmung dehnen sich die Platten aus; ohne Fugen würden sie sich gegenseitig hochdrücken oder reißen. - Ein See kühlt im Winter ab. Beschreibe, wie sich das Wasser schichtet und warum das Eis oben schwimmt.
Lösung
Wasser mit \(4\,^{\circ}\mathrm{C}\) ist am dichtesten und sinkt zum Grund; kälteres Wasser und Eis sind leichter und bleiben oben.
Weiterführende Aufgaben
- Recherchiere, wie lang die Elbphilharmonie-Glasfassade oder eine 1000-m-Brücke zwischen Winter und Sommer „wächst“ (Stahl: ca. 1,2 mm pro Meter und 100 °C).