Längenausdehnung von Festkörpern
Lehrplanbezug
| Gymnasium | Lehrplan alt | 8 |
| LehrplanPlus | 9 | |
| Realschule | LehrplanPlus | 8 I / 9 I |
| 9 (II/III) | ||
| Mittelschule | NuT | 5 |
Video: Grundversuch
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Video: Bolzensprenger
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Hinweise zur Durchführung
Der Versuch kann mit Röhren aus verschiedenen Materialien durchgeführt werden. Da man kochendes Wasser für den Versuch verwendet, muss man extrem aufpassen, sich nicht zu verbrühen. Führt man den Versuch mit unterschiedlichen Metallrohren durch, kann man sich beim Wechsel der Röhren leicht am heißen Metall Verbrennungen zuziehen.
Der Versuch sollte wegen der Gefahr von Verbrühungen nur als Demonstrationsexperiment und nicht wie früher üblich als Schülerexperiment durchgeführt werden.
Didaktische und schulartspezifische Hinweise
Die Behandlung des Phänomens der Wärmeausdehnung wird in dem Mittelschule vom Zusammenhang „Sonne und Leben“ aus betrachtet. Ausgehend von den Wechseln der Natur im Jahreskreis werden die Begriffe Wärme und Temperatur eingeführt. Nach der Volumenausdehnung von Flüssigkeiten (Celsiuskala) wird dann die Volumenausdehnung von Gasen und die Längenausdehnung von Festkörpern behandelt.
In Realschulen und Gymnasien wird dem höheren Alter der Schüler entsprechend die Volumenänderungen von Gasen, Flüssigkeiten und Festkörpern vor dem Hintergrund des Teilchenmodells diskutiert. Dabei sollen die u.a. die Änderung der Aggregatszustände und die Volumenänderungen im Teilchenmodell erläutert werden. Wichtig ist dabei aber immer das Unterscheiden von Realitäts- und Modellebene. Ausgehend von der Inneren Energie als Summe von potenzieller und kinetischer Energie der Teilchen wird der Druck eingeführt (LehrplanPlus) und Druckunterschiede als Ursache von Teilchenströmen behandelt. Die Behandlung der allgemeinen Gasgleichung (pV = NkT) ist eine mögliche Erweiterung für das Additum im naturwissenschaftlich-technologischen Gymnasium.
Als Anwendung sollte auf die Problematik der Längenausdehnung beim Bau von Brücken (Rollenlagerung, Dehnungsfugen) oder Eisenbahnschienen eingegangen werden.
Bei der Berechnung von Längenausdehnungskoeffizienten sollte man die Einheit mm/m°C genau besprechen. Interessant ist auch, dass die Längenausdehnungskoeffizienten von Beton und Stahl fast gleich sind und somit der moderne Betonbau (Spannbeton ...ect.) erst möglich wird
Weiteres Material und Links
Videos
Konvektionsströmung
Metallkugel durch einen Ring
Volumenänderung von Gasen
Volumenänderung von Flüssigkeiten
Ausdehnung von Flüssigkeiten (Mit digitalem Themometer)
Skalieren eines Thermometers
Links
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