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Point Thermische Eigenschaften der Materie Point Festkörper und Flüssigkeiten

Thermische Ausdehnung von Flüssigkeiten

Auch Flüssigkeiten dehnen sich bei Erwärmung aus, wie dieses Experiment zeigt. Da Flüssigkeiten keine Eigengestalt haben, ist für sie lediglich die Volumenausdehnung V(t) von Interesse. Sie gehorcht dem schon bekannten Gesetz:

Der materialabhängige Ausdehnungskoeffizient [Tabelle] ist für Flüssigkeiten jedoch um etwa zwei Größenordnungen größer als für Festkörper. Da der Ausdehnungskoeffizient relative groß ist wird er bei den weit verbreiteten Flüssigkeitsthermometern zur Messung von Temperaturen ausgenutzt. Es ist hierbei jedoch zu beachten, dass auch bei Flüssigkeiten leicht von der Temperatur abhängt. Der Einfluss ist jedoch relativ gering. So zeigt beispielsweise ein Quecksilberthermometer, das auf 0 °C und 100 °C abgeglichen wurde, aufgrund der Temperaturabhängigkeit von bei 50 °C einen 0,1 °C zu hohen Wert an.

In der Regel dehnen sich Flüssigkeiten bei Erwärmung aus. Eine wichtige Ausnahme bildet hier das Wasser, dessen Volumen zwischen 0° C und 4° C bei steigender Temperatur abnimmt. Dies wird als Anomalie des Wassers bezeichnet.

Selbsttest

Selbsttest-Aufgaben

Würde ein Flüssigkeitsthermometer funktionieren, wenn die Flüssigkeit und die Glaskapillare den gleichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten hätten?

Lösung

Welche Faktoren beeinflussen die Empfindlichkeit eines Flüssigkeitsthermometers?

(a)

die Dicke der Glaskapillare

(b)

das Volumen der eingeschlossenen Flüssigkeit

(c)

der Ausdehnungskoeffizient

(a)
(b) und (c)
(c)
(a),(b) und (c)

Das ist zwar richtig, denn die Dicke der Glaskapillare bestimmt bei gegebener Volumenänderung die Länge des "Flüssigkeitsfadens" im Thermometer und damit dessen Empfindlichkeit. Aber sehen Sie sich die anderen Antworten noch einmal an. Gibt es weitere Faktoren?

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Das ist nicht verkehrt, denn die Volumenänderung ist proportional zum Ausgangsvolumen. Aber sehen Sie sich die anderen Antworten noch einmal an. Gibt es weitere Faktoren?

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Der Tipp ist schon recht gut. Je größer der Ausdehnungskoeffizient, desto größer die Volumenänderung und damit die Empfindlichkeit des Thermometers. Trotzdem, sehen Sie sich die anderen Antworten noch einmal an. Gibt es nicht noch weitere Faktoren?

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Das ist richtig. Aber auch der Ausdehnungskoeffizient bestimmt die Empfindlichkeit des Thermometers. Je größer er ist, desto mehr dehnt sich die Flüssigkeit bei der Erwärmung um 1 K aus.

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Das ist richtig. Aber auch die Dicke der Kapillare bestimmt die Empfindlichkeit des Thermometers. Je dünner sie ist, desto höher steigt die Flüssigkeit bei gleicher Volumenausdehnung.

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Das ist genau richtig! Der Ausdehnungskoeffizient bestimmt die Empfindlichkeit des Thermometers: Je größer er ist, desto mehr dehnt sich die Flüssigkeit bei der Erwärmung um 1 K aus. Weiterhin ist die absolute Ausdehnung proportional zum Volumen der Flüssigkeit V0 . Und schließlich bestimmt auch die Dicke der Kapillare die Empfindlichkeit des Thermometers: Je dünner sie ist, desto höher steigt die Flüssigkeit bei gleicher Volumenausdehnung.

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