Volumenänderung von Gasen
Lehrplanbezug
Die Volumenausdehnung von Gasen ist Lehrplaninhalt an den Mittelschulen in der Jahrgangsstufe 5, an Realschulen in der Jahrgangstufe 9 und Gymnasien in Jahrgangsstufe 8.
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Hinweise zur Durchführung
Der Versuch gelingt besser, wenn man vor dem Versuch den Erlenmeyerkolben mit Wasser ausspült. Das restliche, sich an den Kolbenwänden befindliche Wasser verdunstet und der Luftballon wird schneller aufgeblasen. Die Flasche sollte nicht mit dem Bunsenbrenner direkt sondern auf einem Gitter erwärmt werden, um Spannungsbrüche zu vermeiden. Für das Wasserbad zum Abkühlen kann man einfach kaltes Leitungswasser verwenden. Beim Abkühlen in Eiswasser bricht der Kolben leicht.
Aufgrund der immer gegebenen Bruchgefahr sollten Schüler diesen Versuch nicht vorführen. Ebenso sollte auf die Verwendung handelsüblicher Getränkeflaschen wegen der Bruchgefahr verzichtet 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 behandelt. An den Mittelschulen steht hier die Messung von Temperaturen imVordergrund.
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 der Volumenausdehnung bietet sich natürlich Wärmekraftmaschinen und Motoren und in einem fächerübergreifenden Kontext die Behandlung der Abgasproblematik bei Autos und LKW an.
Weiteres Material und Links
Videos
Konvektionsströmung
Längenausdehnung
Metallkugel durch einen Ring
Volumenänderung von Flüssigkeiten
Ausdehnung von Flüssigkeiten (Mit didigitalem Themometer)
Eichen eines Thermometers
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