G Luft und Wärme - Experimente Biologie

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G Luft und Wärme

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Wie reagiert Luft auf Erwärmung?         
Sachliche Grundlagen: In diesem Versuch wird die Eigenschaft von Gasen demonstriert, sich bei Temperaturerhöhung auszudehnen. Je höher die Temperatur, umso mehr Raum (Volumen) nehmen alle Gase ein.
In bestimmten Bereichen ist die Molekularbewegung der Teilchen ein direkter Ausdruck des Energieinhalts. Man kann leicht im Mikroskop beobachten: Je höher die Temperatur, umso stärker auch die Molekularbewegung von kleinsten Teilchen, (z. B. Im Milchsaft von Löwenzahn). Die Temperatur ist im Grunde ein Messwert für den Energieinhalt eines Systems.
Daher gilt: Je höher die Energiemenge umso stärker auch die Bewegungen der Teilchen (Brown‘sche Bewegungen), umso mehr Volumen wird beansprucht.
Mit dieser Erkenntnis kann man sogar umgekehrt aus der Volumenänderung von Gasen auf die Temperatur schließen (Luftthermometer, schon Goethe bekannt). Dies gelingt jedoch nur ungenau, weil der Luftdruck sich bei Wetteränderung sehr deutlich verändert und einen direkten Bezug verfälscht.
Versuch: Die Ausdehnung von Luft schon bei der Erhöhung der Temperatur von rund 20 Grad Celsius auf die Temperatur von 35 Grad Celsius (Handwärme) soll Kindern vor Augen geführt werden. Durch die enge Wassersäule im Manometer (gebogener Aquarienschlauch oder zwei zusammengeklebte Trinkhalme) wird die Volumenänderung besonders leicht sichtbar zu machen (Ein Gerät zur Druckmessung nennt man ein Manometer).
Gegenwartsbedeutung: Die Schülerinnen und Schüler kennen die Fähigkeiten der Luft vom Aufpumpen der Fahrradreifen. Dabei entsteht Wärme, weil sich der Druck erhöht. Die Bezeichnungen "Hoch" und "Tief" bei den Wetterberichten werden jedoch selten verstanden.
Zukunftsbedeutung:
Die Druckmessung gelingt beim Menschen nur mit Hilfe der „Druckkörperchen“ in der Haut. Diese sind zwar sehr empfindlich, sie können aber die Änderungen des Luftdrucks nicht wahrnehmen. Daher braucht der Mensch zusätzliche Geräte: Die einfache Konstruktion eines Manometers (Druckmessers) dient dazu, Geräte als Hilfsmittel für die Erweiterung der menschlichen Sinne kennen zu lernen. Der Versuch weist also zunächst darauf hin, dass man mit geeigneten Geräten die Sinneswahrnehmung sehr stark erweitern kann. Ohne solche Erweiterung der Wahrnehmung durch die richtigen Geräte (wie Mikroskop oder Voltmeter) ist eine moderne Wissenschaft nicht zu denken.
Versuchsvariationen: Man stellt die Flasche in Eiswasser: Die Luft „zieht sich zusammen“, das Manometer zeigt eine Verminderung des Volumens an. Wenn man ein Thermometer in die Flasche einbringt, kann man recht genau die Abhängigkeit des Volumens von der im Innern herrschenden Temperatur bestimmen (Luftthermometer), da man nicht vom Luftdruck in der Atmosphäre abhängig ist.
Die Luftmenge kann sich ändern! 


Luft und Temperatur Arbeitsunterlage ------------------------------------------
Was geschieht, wenn Luft erwärmt wird

Was brauchst Du?
Ein Gefäß aus Glas (Wasserflasche, Saftflasche) oder aus Plastik, 
Stopfen mit Loch oder ein Stück dauerplastische Plastikmasse,
Zwei kurze Plastikschläuche,
Ein Gerät zum Messen von Druck (Manometer). Es besteht aus zwei Trinkhalmen und einen verbindenden biegsamen Gummischlauch (frisches Saugstück vom Zahnarzt).

Was kannst Du tun?
1. Baue Dir das Gerät, mit dem man den Druck messen kann (Manometer) wie in der Abbildung gezeigt, zusammen.
2. Fülle etwas Wasser in den Schlauch, so dass das Wasser in auf beiden Seiten des Schlauchs gleich hoch steht.
3. Schließe dann die leere Flasche an das Manometer an.
4. Erwärme nun mit der Hand die Flasche. Drücke sie dabei nicht zusammen!
5. Beobachte, wie sich der Wasserstand in den Trinkhalmen verändert.

Erkläre deine Beobachtung!
 
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