Schüler unterrichten Schüler


Am Mittwoch, 24. Mai bekam die Klasse 7cM interessante physikalische Experimente

rund um das Thema „Wärme“ vorgeführt und erklärt.

Das Besondere war:
unsere Lehrer waren Schüler aus der Klasse 9cM (Klassenleiter: Herr Greiner)

 

Feststoffe wie Metall dehnen sich mit sehr großer Kraft bei Erwärmung aus und ziehen sich bei Abkühlung wieder zusammen – der Bolzenspreng-Versuch

 

Bild 01

 

Ein Bolzen aus Gusseisen wird in eine Vorrichtung eingespannt. Enrico erhitzt mit einem Gasbrenner einen Haltestab aus Messing. Dieser dehnt sich dadurch aus. Bilal spannt mit der Stellschraube den Messingstab nach. Bei Abkühlung verringert sich wieder der Abstand der Atome in dem Messing, es zieht sich zusammen.

Folge:

Der Bolzen wird durch die Messing-Spannvorrichtung gewaltigen Zugkräften ausgesetzt und schließlich gesprengt!


Bild 02

Flüssigkeiten dehnen sich bei Erwärmung aus

Das rot gefärbte Wasser im Glaskolben wird von Enrico vorsichtig mit dem Gasbrenner erwärmt. In dem Steigrohr kann man deutlich sehen, wie die Anfangsmarkierung überschritten wird:

 

Schlussfolgerung:
Durch das Erwärmen nehmen die Wassermoleküle einen größeren Abstand zueinander ein.
Das Volumen vergrößert sich.

Deswegen benötigen Heizungsanlagen Ausgleichsgefäße, welche die Ausdehnung abfangen können und somit Heizungsrohre vor dem Platzen schützen.


Erwärmung erzeugt in Flüssigkeiten eine Wärmeströmung

 

In das mit Wasser gefüllte Heizungs-Zirkulationsrohr wird zur besseren Beobachtung im Ausgleichsgefäß oben kaltes, blau gefärbtes Wasser eingefüllt.
Julia erwärmt das Wasser vorsichtig mit einem Gasbrenner.
Die blaue Flüssigkeit beginnt sich (von uns aus gesehen im Uhrzeigersinn) im Glasapparat zu verteilen.

 

Es entsteht also wie im Heizkörper zuhause eine gerichtete Wärmeströmung, die gut durch die zunehmende wandernde Verfärbung im Glasrohr beobachtet werden kann.

Bild 03


 

Wärmeströmung: Warme Flüssigkeiten steigen auf

Bild 04

 

Die Versuchsvorrichtung wird zuerst mit kaltem, blaugefärbtem Wasser zur Hälfte gefüllt.
Mahabad füllt nun heißes, rot gefärbtes Wasser ein.

 

Beobachtung:
Die blaue, kalte Flüssigkeit sinkt ab, die rote und warme Flüssigkeit bleibt oberhalb.

Beim Rotieren des Glasapparates um 180° ist nun die warme Flüssigkeit unten und die kalte, blaue Flüssigkeit oben. Dies ist für beide Flüssigkeiten der physikalisch "falsche Platz".
Da aber warme Flüssigkeiten den Drang haben aufzusteigen und kalte absinken wollen, entsteht sofort eine Kreislaufströmung, bei der beide Flüssigkeiten den Platz tauschen.

Dadurch kühlt sie die warme, rote Flüssigkeit etwas ab, rote und blaue Flüssigkeit vermischen sich dadurch etwas und es kommt zu einer tollen Verfärbung.
Bild 05

 Warme Luft steigt nach oben – Das Ballonexperiment

 

Bild 06

 

Ein spezieller Versuchsballon wird von Herrn Greiner und den 2 Starthelfern Enrico und Bilal mit einem Brenner mit warmer Luft gefüllt.

Folge:

Der Heißluftballon steigt mit ziemlich schneller Geschwindigkeit zur Decke auf, wo er abkühlt und rasch wieder absinkt.
Warme Luft steigt auf weil die Stickstoff- und Sauerstoffmoleküle einen größeren Abstand zueinander einnehmen.

Erwärmte Luft kühlt schneller ab als warme Flüssigkeiten.


Gase (hier Luft) dehnen sich bei Erwärmung aus

 

Bild 07

 

Bilal und Enrico erwärmen die Luft, die sich in einem Glaskolben befindet, vorsichtig mit einem Butan-Brenner.

Beobachtung:

Die Wassersäule im U-Rohr Manometer verschiebt sich bei Erwärmung. Warme Luft dehnt sich also aus und versucht, das Wasser aus dem u-förmigen Rohr zu schieben. Die Pegel werden unsymmetrisch.
Hört die Erwärmung auf, zieht sich die Luft wieder schnell zusammen.

Folge: Der Wasserstand im u-förmigen Glasrohr wird wieder symmetrisch.


Gase (hier abgekühlte Luft)  ziehen sich bei Abkühlung zusammen.

 

Bild 08

 

Die Luft (78 % Stickstoff;21% Sauerstoff; 1%Edelgase) in dem Glaskolben wird in die blaue, kalte Flüssigkeit getaucht und so abgekühlt.

Wir könnten beobachten, wie der symmetrische Wasserstand im U-Rohr Manometer unsymmetrisch wird, was bedeutet, dass sich abgekühlte Luft zusammenzieht und so das Wasser im Manometer „ansaugt“.


Feststoffe (z.B. Metalle) dehnen sich bei Erwärmung aus und ziehen sich bei Abkühlung zusammen

 

Bild 09

 

Enrico und Bilal füllen rotes, heißes Wasser in den Versuchsaufbau. Dieses fließt durch das Metallrohr (z.B. aus Messing) an dem ein Zeiger mit der markierten Ausgangslage für 20 °C angebracht ist. Das Metallrohr wird also wegen der zunehmenden Schwingung der Metallatome „länger“, der Zeiger wandert nach rechts.

Wird Eiswasser durch den Versuchsaufbau geleitet, wandert der Zeiger plötzlich nach links. Das Metall zieht sich zusammen und wird also „kürzer“.

Herr Greiner wies darauf hin, dass diese Ausdehnungseffekte insbesondere bei Metallkonstruktionen (z.B. der Lechbrücke) beachtet werden müssen. Deswegen gibt es dort sogenannte Dehnungsfugen und die gesamte Brücke ist auf Rollen beweglich gelagert.

   
   
   
   
   
   

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