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

Versuch: Ausdehnung von Flüssigkeiten

Eine Flüssigkeit befindet sich in einem Glaskolben, der mit einem Steigrohr versehen ist. Der Versuch zeigt, wie sich diese bei Erwärmung bzw. Abkühlung verhält.

Das Flüssigkeitsthermometer (00:23 min)
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Die Flüssigkeit steht zu Beginn des Versuchs bis zur Pfeilmarkierung in dem Steigrohr. Beim Erwärmen dehnt sie sich aus und der Flüssigkeitsspiegel im Steigrohr steigt deutlich sichtbar an. Beim langsamen Abkühlen (hier in Zeitraffer gezeigt) sinkt der Spiegel wieder auf den ursprünglichen Stand.

Warum erwärmt man bei diesem Versuch ein relativ großes Flüssigkeitsvolumen und verwendet ein dünnes Steigrohr zur Messung der Ausdehnung?