Sexl Physik 5 RG, Schulbuch

101.1 Trockeneis ist gefrorenes Kohlenstoff- dioxid (CO 2 ), das bei Temperaturen über −78 °C und normalem Luftdruck direkt in den gasför- migen Zustand übergeht. (Das Bild zeigt CO 2 - Stücke in Wasser. Das kalte CO 2 lässt Wasser- dampf kondensieren und Nebel bilden.) Trockeneis hat zahlreiche Anwendungen in Technik, Medizin (Vereisen von Warzen) und Unterhaltung (Bühnennebel) und dient als Kühlmittel für den Transport von Medikamen- ten und Lebensmitteln. 101.2 Raureif 101.3 Flüssigkeit verdunstet: Die schnellsten Moleküle überwinden die anziehenden Mole- kularkräfte. Durch Blasen kann man die Dampfmoleküle entfernen, bevor sie in die Flüssigkeit zurückkehren. Indem die energie- reichsten Moleküle entfernt werden, sinkt die Temperatur der Flüssigkeit. Vom festen zum gasförmigen Zustand: Sublimation Festkörper gehen manchmal direkt vom festen in den gasförmigen Zustand über. Diesen Vorgang nennt man Sublimation . Die erforderliche Energie wird dem Fest- körper entzogen, der sich dadurch abkühlt. Neben intensivem Sonnenschein, warmem Wind oder Regen ist Sublimation ein weiterer, allerdings langsamer Mechanismus, durch den im Winter eine Schnee- oder Eisdecke schwindet. Bei kaltem trockenem Wetter schmilzt Schnee nicht, sondern geht direkt in Wasserdampf über. In ähnlicher Weise trocknet gefrorene Wäsche im Winter oft schneller als in der feuchten warmen Luft einer geheizten Wohnung. Ein kleiner Teil der Moleküle im Eis besitzt ausreichend Energie, um den Molekularkräften zu entkommen und Wasserdampf über der Eisoberfläche zu bil- den, zu sublimieren. Den umgekehrten Vorgang kann man z. B. am Gefrierfach des Kühlschranks beob- achten. Der Wasserdampf in der Luft wird im Kontakt mit den kalten Wänden un- mittelbar fest, ohne dass sich zuvor flüssiges Wasser bildet. Das Gefrierfach muss- regelmäßig abgetaut werden. Raureif ( 101.2 ) ist ebenfalls ein Verfestigungsprodukt. Er entsteht an dünnen Gegenständen (Ästen, Blättern) als locker anhaftende und zerbrechliche Eisnadeln. Diese Nadeln bilden sich aus dem Wasserdampf bei sehr feuchter Luft, schwachem Wind und tiefen Temperaturen. Sublimation wird auch in technischen Prozessen genutzt ( 101.1 ). In der Lebens- mittelindustrie wird z. B. Beerenobst (Müslifrüchte) und Kaffee (Instant-Kaffee) zur Schonung des Aromas durch Gefriertrocknung Wasser entzogen. Untersuche, überlege, forsche: Wärmekissen – Thermopads 101.1 S 2 Bei Phasenumwandlungen wird Energie in einem Körper gespeichert (z. B. beim Schmelzen) oder abgegeben (z. B. beim Erstarren). Da sich dabei die Tempe- ratur nicht ändert, wird diese Energie latente (verborgene) Energie genannt. An- wendung findet dieser Effekt beispielsweise in wiederverwendbaren Wärmekis- sen. Informiere dich über das Funktionsweise von Wärmespeichern, die auf Phasenumwandlung beruhen. Die verwendeten Materialien werden engl. phase change materials genannt. 3.3 Phasenübergang flüssig – gasförmig a Das Verdunsten Lässt man ein Gefäß mit Wasser längere Zeit offen stehen, so wird das Wasser all- mählich immer weniger. Wohin verschwindet es? Das Wasser verdunstet . In einer Flüssigkeit haben nur wenige Moleküle aus- reichend Energie, um gegen die Anziehung der Molekularkräfte den Molekül- verband zu verlassen. Über der Wasseroberfläche bilden sie die gasförmige Phase von Wasser – den Wasserdampf ( 101.3 ). Manche Moleküle kehren infolge der Molekularbewegung wieder vom Dampf ins Wasser zurück. Durch Diffusion und Luftströmungen, z. B. indem man den Dampf wegbläst, wird dies verhindert. Dadurch gibt das flüssige Wasser fortwährend Mo- leküle als Dampf an die Umgebung ab, was die Verdunstung begünstigt. Daher trocknet z. B. Wäsche im Wind rascher und ein Föhn lässt nasse Haare schnell trocknen. Indem das Wasser die schnellsten Moleküle verliert, nimmt die mittlere Molekül- geschwindigkeit ab. Das Wasser wird kälter. Dieses Phänomen kennen wir vom Schwitzen: der Schweiß verdunstet und der Körper kühlt ab. Untersuche, überlege, forsche: Kühlen durch Verdunsten 101.2 E 2 Feuchte Badewäsche wird oft als kalt empfunden. Plane eine Untersuchung, um die kühlende Wirkung feuchter Wäsche quantitativ zu erfassen. 101 | WÄRMELEHRE Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv