Die Temperatur T ist eine Basisgröße im Internationalen Einheitensystem SI, sie wird in Kelvin (K) gemessen. Bezug zur Celsius-Skala: 0 °C entsprechen 273,15 K. Untersuchung der Volumen- und Längenausdehnung Wenn man die Änderung des Volumens verschiedener Stoffe bei Erwärmung vergleicht (96.1), erkennt man: Gase dehnen sich stärker aus als Flüssigkeiten, diese wiederum stärker als feste Körper. Offenbar hängt die Größe der Volumenzunahme davon ab, wie fest die Teilchen aneinander gebunden sind. Die Messung zeigt, dass die Volumenänderung ΔV fester und flüssiger Stoffe in sehr guter Näherung proportional zur Temperaturänderung ΔT ist (96.3). Daraus ergibt sich für praktische Anwendungen: Temperaturabhängigkeit des Volumens ΔV = γ·V0·ΔT oder V = V0·(1 + γ·ΔT) V0 = Anfangsvolumen, V = Volumen nach der Temperaturänderung ΔT, γ = Volumenausdehnungskoeffizient (Einheit: K−1) Der Volumenausdehnungskoeffizient γ gibt an, um welchen Bruchteil das Volumen pro Kelvin Temperaturerhöhung zunimmt (96.1) Untersuche, überlege, forsche: Warmer Kraftstoff 96.1 Beim Betanken eines PKW im Sommer ergibt sich folgende Situation: Kraftstoff mit einer Temperatur von 15 °C wird in den Tank gefüllt, anschließend steht der PKW auf einem Parkplatz in der Sonne und kann sich um 50 °C aufheizen. W4 a) Bestimme die Ausdehnung des Treibstoffs, wenn der Tank 60 l fasst. S4 b) Überlege, welche Probleme dadurch entstehen. Informiere dich, wie bei modernen PKW ein Austreten von Kraftstoff und die Abgabe von Kraftstoffdämpfen an die Umgebung vermieden werden. Festkörper dehnen sich nach allen Richtungen aus. Bei Stäben und Drähten wirkt sich die Ausdehnung hauptsächlich auf die Länge aus. Man unterscheidet daher zwischen Volumenausdehnung mit der obigen Formel und Längenausdehnung. Untersuche, überlege, forsche: Längenänderung 96.2 Mit dem Experiment von 96.4 soll gemessen werden, wie sich die Länge eines Rohres mit der Temperatur ändert. E1 a) Beschreibe das Experiment. E3 b) Erläutere die Größen, die gemessen werden müssen. Worauf muss man besonders achten, damit verlässliche Ergebnisse erreicht werden? Wie bastelt man sich selber ein Thermometer? Um ein Flüssigkeitsthermometer mit einer Skala zum Ablesen der Temperatur zu versehen, wird es zunächst in eine Mischung von Eis und Wasser getaucht und der Nullpunkt 0 °C der Skala markiert. Anschließend wird es in siedendes Wasser gehalten, und die Temperatur 100 °C markiert. Den Abstand zwischen 0 °C und 100 °C teilt man in hundert gleiche Teile und erhält so die Gradeinteilung. Dabei muss man beachten, dass die Siedetemperatur des Wassers vom Luftdruck abhängt. Je kleiner der Luftdruck (z. B. im Gebirge) desto niedriger ist die Siedetemperatur. Daher müssen die Fixpunkte 0 °C und 100 °C bei 1 013 mbar Luftdruck, dem mittleren Luftdruck auf Meereshöhe, bestimmt werden. Stoff in 10−6 K−1 Stickstoff 3674 Sauerstoff 3674 Wasserstoff 3662 Spiritus 1400 Benzin 1060 Wasser 207 Quecksilber 180 Aluminium 69 Eisen 33 Diamant 3 Glaskeramik (Ceran) 0,3 96.1 Volumenausdehnungskoeffizient γ einiger technisch wichtiger Stoffe bei 20 °C und einem Druck von 1013 mbar. 96.2 Ausdehnung von Flüssigkeiten bei Erwärmung. Im Wasserbad werden verschiedene Flüssigkeiten erwärmt. Aus der Steighöhe in der Kapillare wird die Volumenzunahme bestimmt. In der -App kannst du die interaktive Simulation ausprobieren und die Werte selbst verändern. 96.3 Darstellung der Volumenausdehnung verschiedener Flüssigkeiten. 0 10 20 30 40 50 Temperaturänderung T in K 0 1 2 3 Volumensänderung in cm V 3 bei = 50 cm V 3 Spiritus Petroleum Glyzerin Wasser 96.4 Messung der Ausdehnung eines Rohrs. Überlege, welche Fehlerquellen auftreten können. 1 m 96 Thermodynamik 1 Atome lieben Wärme 6fy69q Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv
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