Wirkungen der Wärme auf Stoffe

Was ist Wärmeausdehnung? Erkläre sie mit eigenen Worten und nenne ein Alltagsbeispiel, bei dem man sie bemerkt, das nicht das Thermometer ist.

Zwischen den Schienen eines Bahngleises gibt es alle paar Meter kleine Lücken. Sieh dir die Abbildung an.

1. a) Wozu dienen diese Lücken?
2. b) Was würde an einem sehr heißen Tag mit den Schienen passieren, wenn das Gleis diese Lücken nicht hätte?

Bei einem Alkoholthermometer steigt die Säule um $10\ \text{cm}$, wenn die Temperatur von $0\ ^\circ\text{C}$ auf $50\ ^\circ\text{C}$ steigt. Sieh dir die Abbildung an.

1. a) Um wie viele Zentimeter steigt die Säule pro Grad?
2. b) Um wie viel steigt die Säule, wenn die Temperatur von $10\ ^\circ\text{C}$ auf $35\ ^\circ\text{C}$ steigt?

Du bindest einen halb aufgeblasenen Luftballon zu und legst ihn ans Fenster, wo die Sonne darauf scheint: Nach einer Weile ist er praller. Sieh dir die Abbildung an.

1. a) Was geschieht mit der Luft im Inneren des Luftballons beim Erwärmen?
2. b) Sage voraus, was passiert, wenn du den Luftballon eine Weile in den Kühlschrank legst.
3. c) Denke an den Luftballon, den Alkohol im Thermometer und ein Metalllineal und ordne Gas, Flüssigkeit und Festkörper danach, wie stark sie sich bei Wärme ausdehnen, vom größten zum kleinsten.

Beim Erwärmen wird Eis zu flüssigem Wasser und, wenn wir weiter erwärmen, zu Dampf.

1. a) Wie heißt der Übergang von fest zu flüssig?
2. b) Und der Übergang von flüssig zu gasförmig?
3. c) Wie heißen die beiden umgekehrten Änderungen, die beim Abkühlen stattfinden?

Nach dem Regen verschwinden die Pfützen im Park, sobald die Sonne herauskommt.

1. a) Welche Aggregatzustandsänderung erfährt das Wasser der Pfützen?
2. b) Woher bekommt das Wasser die Wärme, die es für diese Änderung braucht?

Wasser gefriert bei $0\ ^\circ\text{C}$ und siedet bei $100\ ^\circ\text{C}$. Sage, in welchem Zustand sich das Wasser jeweils befindet, und begründe. Die Abbildung ordnet die drei Fälle auf einer Temperaturskala ein:

1. a) Das Wasser der Eisbahn, das $-3\ ^\circ\text{C}$ hat.
2. b) Das Wasser in einem Glas, das $25\ ^\circ\text{C}$ hat.
3. c) Das Wasser, das aus einem Topf aufsteigt und $110\ ^\circ\text{C}$ hat.

Beim Kochen von Nudeln füllt sich die Unterseite des Topfdeckels mit kleinen Wassertröpfchen. Sieh dir die Abbildung an.

1. a) Was geschieht mit dem Dampf, wenn er den kälteren Deckel berührt?
2. b) Wie heißt diese Aggregatzustandsänderung?
3. c) Nimmt der Dampf bei der Umwandlung in Tropfen Wärme auf oder gibt er Wärme ab?

Das Meerwasser verdunstet durch die Wärme der Sonne; der Dampf steigt auf, kühlt in den hohen Schichten der Atmosphäre ab und bildet Wolken; am Ende fällt Regen.

1. a) Nenne die Aggregatzustandsänderung, die das Meerwasser beim Übergang in Dampf erfährt.
2. b) Nenne die Aggregatzustandsänderung, die bei der Bildung der Wolkentröpfchen stattfindet.
3. c) Nimmt das Wasser bei jeder dieser beiden Änderungen Wärme auf oder gibt es Wärme ab? Wer gibt sie ihm oder entzieht sie ihm?

Wenn man eine Kerze ausbläst, wird das geschmolzene Wachs neben dem Docht in wenigen Minuten hart.

1. a) Wie heißt die Aggregatzustandsänderung, die das Wachs erfährt?
2. b) Nimmt das Wachs bei dieser Änderung Wärme auf oder gibt es Wärme ab?

Nach dem Duschen friert Nico, obwohl das Badezimmer warm ist.

1. a) Welche Aggregatzustandsänderung erfährt das Wasser, das auf seiner Haut bleibt?
2. b) Woher bekommt dieses Wasser die Wärme, die es für die Änderung braucht?
3. c) Erkläre mit deinen bisherigen Antworten, warum es sinnvoll ist, sich sofort mit dem Handtuch abzutrocknen.

Ein Eiswürfel kommt mit $-10\ ^\circ\text{C}$ aus dem Gefrierfach und wir legen ihn in der Küche auf einen Teller.

1. a) Auf welche Temperatur steigt das Eis, bevor es zu schmelzen beginnt?
2. b) Wie heißt die Aggregatzustandsänderung, die danach stattfindet?
3. c) Nimmt das Wasser bei dieser Änderung Wärme auf oder gibt es Wärme ab?

Wir erwärmen langsam Eis mit $-10\ ^\circ\text{C}$, bis es zu Dampf mit $110\ ^\circ\text{C}$ geworden ist, und messen dabei die ganze Zeit die Temperatur. Der Aufbau ist in der Abbildung dargestellt.

1. a) Liste die fünf Abschnitte des Vorgangs auf und gib für jeden Abschnitt an, was vorliegt (Eis, Wasser, Dampf oder Gemisch) und was die Temperatur macht.
2. b) In welchen zwei Abschnitten steigt die Temperatur nicht, obwohl wir weiter Wärme zuführen? Bei welchen Temperaturen geschieht das?
3. c) Wofür wird die Wärme in diesen beiden Abschnitten verbraucht?

Wir stellen eine mit Wasser gefüllte Eiswürfelschale in das Gefrierfach und messen ihre Temperatur alle fünf Minuten: $20\ ^\circ\text{C}$, $12\ ^\circ\text{C}$, $5\ ^\circ\text{C}$, $0\ ^\circ\text{C}$ … und eine ganze Weile zeigt sie weiter $0\ ^\circ\text{C}$ an, während sich das Eis bildet. Das Diagramm zeigt die Messwerte.

1. a) Dein Bruder sagt, das Wasser müsste ohne Unterbrechung von $0\ ^\circ\text{C}$ auf $-5\ ^\circ\text{C}$ abkühlen. Wer hat recht, er oder du? Warum?
2. b) Verliert das Wasser, während sich das Eis bildet, weiter Wärme oder nicht?
3. c) Wofür wird die Wärme verbraucht, die das Wasser während der Aggregatzustandsänderung verliert?

In den Bergen sickert Regenwasser in die Spalten der Felsen. Nachts gefriert es und die Spalten werden nach und nach größer, bis der Fels schließlich zerbricht. Sieh dir die Abbildung an.

Wasser vergrößert beim Gefrieren sein Volumen. Erkläre damit, wie es den Fels zum Zerbrechen bringt.

Wasser ist ein seltsamer Stoff: Beim Gefrieren vergrößert sich sein Volumen, sodass Eis eine geringere Dichte hat als flüssiges Wasser.

1. a) Erkläre, warum die Eiswürfel im Glas schwimmen.
2. b) Gefriert bei einem See im Winter zuerst die Oberfläche oder der Grund? Begründe.
3. c) Welchen Vorteil hat das für die Fische, die im See leben?

In einer Forschungsstation in der Antarktis zeigt das Thermometer $-50\ ^\circ\text{C}$ an. Quecksilber gefriert bei $-39\ ^\circ\text{C}$ und Alkohol bei $-114\ ^\circ\text{C}$. Die Abbildung fasst die Daten auf einer Temperaturskala zusammen.

1. a) Welches Thermometer ist dort brauchbar, das mit Quecksilber oder das mit Alkohol?
2. b) Was geschieht mit der Flüssigkeit im anderen Thermometer, sodass es unbrauchbar ist?
3. c) Wie heißt die Aggregatzustandsänderung, die diese Flüssigkeit erfährt?