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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
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Selbsttest-Aufgaben
Würde ein Flüssigkeitsthermometer
funktionieren, wenn die Flüssigkeit und die Glaskapillare den gleichen
thermischen Ausdehnungskoeffizienten hätten?
Nein, natürlich nicht! Im Idealfall sollte die Kapillare
natürlich einen verschwindend kleinen Ausdehnungskoeffizienten besitzen.
Der Ausdehnungskoeffizient ist für Festkörper im Vergleich zu Flüssigkeiten
zwar klein, aber er ist dennoch von null verschieden. Er muss daher bei sehr
genauen Thermometern berücksichtigt werden.
Welche Faktoren beeinflussen die Empfindlichkeit
eines Flüssigkeitsthermometers?
| (a) |
die Dicke der Glaskapillare |
| (b) |
das Volumen der eingeschlossenen Flüssigkeit |
| (c) |
der Ausdehnungskoeffizient |
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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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Thermische Eigenschaften der Materie 
Festkörper und Flüssigkeiten
