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Elektrizität, Wärme, Magnetismus Klasse 5 Physik

Ausdehnung von Flüssigkeiten und festen Körpern

Ausdehnung von Flüssigkeiten und festen Körpern
Physik Klasse 5

Ausdehnung von Flüssigkeiten

Schülerversuch:

Glaskolben mit gefärbten Wasser, Stopfen und Glasrohr als Thermometer Modell

 

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Die Eigenschaft, dass eine Flüssigkeit sich bei Erwärmung ausdehnt, wird bei Flüssigkeitsthermometern benutzt.

Schülerversuch:

Unterschiedliche Ausdehnung verschiedener Flüssigkeiten

 

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Nicht alle Flüssigkeiten dehnen sich bei Erwärmung gleich stark aus.

Merke:

Alle Flüssigkeiten dehnen sich bei Erwärmung aus und ziehen sich beim Abkühlen zusammen. Verschiedene Flüssigkeiten tun dies jedoch unterschiedlich stark.

Warum tropft der Wasserhahn?

Auch das Wasser der Heizung dehnt sich aus.



Die Anomalie des Wassers

Schülerversuch:

Herstellung einer Kältemischung.
3 Teile Eis (zerstoßen), 1 Teil Kochsalz.
Temperaturmessung jede Minute.

Schülerversuch:

Wasser in einem Reagenzglas frieren lassen. Ausdehnung betrachten.

Schülerversuch:

Je ein Kolben mit Steigrohr, gefüllt mit Wasser und Spiritus in einer Kältemischung auf 0°C abkühlen und Flüssigkeitsstand markieren. An der Luft erwärmen lassen und jede Minute den Flüssigkeitsstand markieren.

Merke:

Wasser dehnt sich beim Gefrieren aus und zieht sich beim Erwärmen von 0°C bis 4°C zusammen. Dieses ungewöhnliche Verhalten des Wassers nennt man Anomalie des Wassers.

Bemerkungen:
Wasser ist anders.
Frostschutz beim Auto.
Fische unterm Eis, Pflanzen im Fels.
Die Anomalie des Wassers ermöglicht Leben.
Frost spaltet Felsen.
Entstehung von Boden durch Frost.
Frost, ein Helfer der Landwirtschaft.
Frost macht Straßen kaputt und Eisberge gefährden die Schifffahrt.

 

Ausdehnung fester Körper

Schülerversuch:

Einen Eisendraht elektrisch erwärmen (Längenänderung beobachten) Eisenkugel erwärmen (Lochprobe) Bolzensprenger

Längenänderung bei Freileitungen und Rohren.
Gewichte bei Bahnen an den Freileitungen.
Bogen in Rohrleitungen.
Klappern bei der Zentralheizung.
Volumenvergrößerung.
Anwendung beim Aufschrumpfen, Dehnungsfugen.
Dickes Glas springt bei spontaner Erwärmung.

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Ein Fahrdraht von elektrischen Bahnen dehnt sich bei Erwärmung aus. Er würde durchhängen, wenn er nicht von Gewichten straff gehalten würde.

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Zwischen den Betonplatten von Bauwerken befinden sich Dehnungsfugen. Sie ermöglichen die Ausdehnung bei Erwärmung.



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Beim Verlegen von dicken Rohrleitungen werden Bogen eingebaut, damit die Rohre sich bei Erwärmung ausdehnen können.

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Aufschrumpfen eines Kugellagers auf eine Antriebswelle.

  1. Das Lager wird erwärmt und dehnt sich aus.
  2. Das Lager wird auf die Welle gebracht.
  3. Das Lager kühlt sich ab, zieht sich zusammen und sitzt fest auf der Welle.

Merke:

Feste Körper dehnen sich bei Erwärmung aus. Dabei vergrößert sich die Länge, Oberfläche und Volumen. Bei Abkühlung ziehen sie sich wieder zusammen. Wird das Zusammenziehen verhindert, so entstehen sehr große Kräfte.

Wie stark dehnt sich Metall aus?

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Wegen Temperaturschwankungen ändert sich die Lage der Brücke dauernd. Daher muss sie auf den Pfeilern und an den Enden auf Rollen gelagert werden. Außerdem braucht sie noch Dehnungsfugen an den beiden Enden.

Schülerversuch:

Ausdehnungsversuch mit einem Eisenrohr und anderen Materialien

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Die Längenänderung eines Gegenstandes ist abhängig von der Temperaturänderung, von seiner Länge und vom Material.

Bemerkung:
In der Technik muss die unterschiedliche Wärmeausdehnung der Materialien beachtet werden. Stahl und Beton, Glas und Stahl.
Aluminium und Glas geht nicht, dazu sind Gummidichtungen zum Ausgleich nötig.

 

Das Bimetall

Schülerversuch:

Bimetallstreifen einspannen und mit einer Kerze erwärmen. Gleiches mit umgedrehten Bimetallstreifen.

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Ein Bimetallstreifen besteht aus zwei Metallstreifen, die fest miteinander verbunden sind.
Erhitzt man ihn, so biegt er sich.
Bei Abkühlung streckt er sich wieder.
Ein Bimetallstreifen kann zurTemperaturmessung benutzt werden.

Schülerversuch:

Bimetallstreifen als Schaltelement in einem Stromkreis
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Der Strom kann nicht fließen, da der Stromkreis unterbrochen ist.
Die Lampe leuchtet nicht.

Die Kerze hat den Bimetallstreifen erwärmt.
Dieser krümmt sich nach oben und schließt somit den Stromkreis.
(Prinzip eines Feuermelders)
Die Lampe leuchtet.

Weitere Anwendungen.
Thermostatschaltungen bei der Raumheizung, Bügeleisen, Heißwasserbereiter usw.

Zusammenfassung:

Die Ausdehnung fester Körper bei Erwärmung ist um so größer, je länger der Körper und je größer der Temperaturunterschied ist. Sie hängt außerdem noch vom Material ab. Die Materialabhängigkeit wird beim Bimetallstreifen ausgenutzt. Bei Erwärmung verbiegt er sich. Deshalb kann er als Thermometer und als temperaturgesteuerter Schalter eingesetzt werden.


Hier finden Sie eine Übersicht über weitere Beiträge zum Thema Elektrizität und Wärme darin auch Links zu Aufgaben.

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