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

Die Anomalie des Wassers

In untenstehender Abbildung ist das Volumen von 1 g Wasser für den Temperaturbereich von 0 °C bis 15 °C aufgetragen. Im Bereich von 0 bis 4 °C erkennt man deutlich eine Volumenabnahme bei steigender Temperatur. Dieses ungewöhnliche Verhalten wird als die Anomalie des Wassers bezeichnet. Die Dichte des Wassers ist also bei 4 °C am größten.

Temperaturabhängigkeit des Volumens von Wasser

Diese Anomalie ist für das Überwintern im Wasser lebender Organismen sehr wichtig: Fällt die Temperatur, so sinkt das Wasser, das sich bereits auf 4 °C abgekühlt hat, auf den Boden der Gewässer. Dieser Prozess endet erst, wenn das gesamte Wasser eine Temperatur von 4 °C erreicht hat. Sinkt die Temperatur an der Oberfläche weiter, so bleibt das unter 4 °C abgekühlte Wasser an der Oberfläche und gefriert dort schließlich. Bei hinreichender Wassertiefe fällt die Temperatur am Boden des Gewässers also nicht unter 4 °C.