Wasser Physikalische Eigenschaften untersucht und beobachtet im Physikunterricht

Wasser Physikalische Eigenschaften untersucht und beobachtet im Physikunterricht der 3. Klasse PHS Sta. Christiana – Wiener Neustadt Projektarbeit Hzwei. O physikalische Eigenschaften

Inhaltsfolie • • • Eigenschaften Wasser und die Celsiusskala Die Wärmewerte von Wasser Wärmeströmung und Wärmeleitung Die Anomalie des Wassers Zustandsänderungen Zustand und Druck Kapillarität Wasser – eine benetzende Flüssigkeit Oberflächenspannung Projektarbeit Hzwei. O physikalische Eigenschaften 2

Eigenschaften • Reines Wasser ist eine farblose, geruchlose, in dicken Schichten hellblaue Flüssigkeit. • Das Wasser erstarrt bei 0 °C zu Eis, und siedet bei 100 °C unter Bildung von Wasserdampf. Projektarbeit Hzwei. O physikalische Eigenschaften 3

Wasser und die Celsiusskala · Der Schwede Anders Celsius verwendete die Schmelz- und Siedetemperatur von Wasser für den Nullpunkt und den 100° Punkt seiner Skala. Projektarbeit Hzwei. O physikalische Eigenschaften 4

Die Wärmewerte von Wasser • Wasser braucht im Vergleich zu anderen Stoffen • • • besonders viel Wärme zur Erhöhung seiner Temperatur (Wärmekapazität) und zur Änderung seines Zustandes (Schmelzwärme, Verdampfungswärme). Um Wasser um 1° C zu erhöhen benötigt man 4, 2 k. J/ kg (spez. Wärmekapazität). Beim Schmelzen von Eis wird Energie von 335 k. J pro kg Eis verbraucht. Um 1 l Wasser zu verdampfen braucht man eine Energie von 2, 2 MJ. Diese Energie wird beim Kondensieren frei. Projektarbeit Hzwei. O physikalische Eigenschaften 5

Wärmekapazität und Klima § Seen, Meere und Ozeane beteiligen sich an der Wärmeregulierung auf unserem Planeten entscheidend. § Wasser wirkt ausgleichend auf das Klima von Küstengebieten (Seeklima). § Eis und Schnee schmelzen langsam. § Plötzliche Trockenheit und kurzfristiger Temperaturanstieg werden verhindert. Projektarbeit Hzwei. O physikalische Eigenschaften 6

Wasser und Wärmeströmung • Die gleiche Menge heißes Wasser ist leichter als kaltes Wasser. Deswegen steigt warmes Wasser in kälterer Umgebung auf. Projektarbeit Hzwei. O physikalische Eigenschaften 7

Praktische Bedeutung der Wärmeströmung von Wasser • Topf auf dem Herd – Durch die Wärmeströmung wird das Erwärmen beschleunigt. • Warmwasserheizung – Erwärmtes Wasser steigt in der Rohrleitung auf und gibt in den Heizkörpern Wärme an die Zimmerluft ab. Projektarbeit Hzwei. O physikalische Eigenschaften 8

Wasser - ein schlechter Wärmeleiter • Fülle eine Proberöhre zu 2/3 mit Wasser und • • • erhitze das obere Ende der Proberöhre mit einer Kerze bis das Wasser zu sieden beginnt (100° C). Verwende einen Proberöhrenhalter. Prüfe das untere Ende der Proberöhre vorsichtig durch leichtes Berühren Verbrennst du dich? Überrascht? Das Wasser ist kalt. Projektarbeit Hzwei. O physikalische Eigenschaften 9

Wasser bildet eine Ausnahme • Wasser zieht sich beim Erwärmen von 0° C auf + • • 4° C zusammen Wasser bei 4° C hat größere Dichte als bei 0° C Die Dichte bei 4° C ist 1 kg/dm³ Erst bei Temperaturen über 4° C verhält sich Wasser normal und dehnt sich aus In stehenden tiefen Gewässern sammelt sich Wasser mit +4° C immer unten an Projektarbeit Hzwei. O physikalische Eigenschaften 10

Die Anomalie des Wassers beim Gefrieren • Wasser dehnt sich beim Gefrieren um etwa 1/11 seines ursprünglichen Volumens aus • Von Eisbergen ragen nur 10 % aus dem Meer • Daher schwimmt Eis auf Wasser • Gefrierendes Wasser sprengt Felsstücke ab, lockert Ackerschollen und lässt Straßen aufbrechen Projektarbeit Hzwei. O physikalische Eigenschaften 11

Anomalie - Gewässer im Winter • Im Winter bildet sich auf Gewässern eine • • • Eisdecke Diese wirkt als Wärmeisolierstoff und verhindert weiteres Gefrieren In tieferem Wasser herrscht durch die höhere Wassersäule ein höherer Druck als an der Oberfläche, das Wasser wird in Bodennähe bis zur maximalen Dichte zusammengedrückt bei einer Temperatur von 4 °C ein Lebende Organismen können in tieferen Wasserschichten überleben. Projektarbeit Hzwei. O physikalische Eigenschaften 12

Was versteht man unter Schmelzwärme? • In einem Gefäß mit schmelzendem Eis • bleibt die Temperatur des Schmelzwassers 0° C bis das ganze Eis geschmolzen ist Die bis zum vollständigen Schmelzen benötigte Energie wird als Schmelzwärme bezeichnet. Projektarbeit Hzwei. O physikalische Eigenschaften 13

Wasser – Verdampfen und Kondensieren • Siedet Wasser, bilden sich Blasen, die • • Wasserdampf enthalten und zur Oberfläche aufsteigen Bilden sich aus dem Wasserdampf durch Abkühlung wieder kleine Wassertropfen spricht man von Kondensieren Beispiele – – Atemluft im Winter Kondensstreifen bei Flugzeugen Anlaufen der Fenster in der Küche oder im Auto Taubildung. Projektarbeit Hzwei. O physikalische Eigenschaften 14

Nutzung von Wasserdampf Das Wärmekraftwerk • Durch Verbrennung von Kohle, Heizöl oder Erdgas wird in einem Kessel Wasser zu Wasserdampf erhitzt • Dieser Dampf treibt eine Turbine an, die einen Generator zur Stromerzeugung antreibt • Anschließend wird der Dampf im Kondensator verflüssigt. Projektarbeit Hzwei. O physikalische Eigenschaften 15

Warum schwitzen wir? · Beim Verdunsten des Wassers wird die Körperwärme genutzt, um flüssiges Wasser (Schweiß) in den Gaszustand zu überführen, so dass der Körper sich abkühlt. · Verdampfungswärme wird dem Körper entzogen und dieser kühlt ab. Projektarbeit Hzwei. O physikalische Eigenschaften 16

Sublimation von Eis · Beim Wäschetrocknen bei Temperaturen unter 0° C kann Eis ebenfalls verdunsten, dieser Vorgang wird dann Sublimation genannt. Projektarbeit Hzwei. O physikalische Eigenschaften 17

Druckkochtopf • Bei einem Druck der größer als der • • normale Luftdruck (1013 h. Pa) ist, siedet eine Flüssigkeit oberhalb ihres normalen Siedepunktes. In einem Druckkochtopf erhöht sich der Druck durch den sich ausdehnenden Wasserdampf. Aus 1 cm³ Wasser werden 1700 cm³ Wasserdampf. Dadurch kann die Siedetemperatur im Kochtopf bis ca. 120° erhöht werden und die Speisen werden rascher gar. Projektarbeit Hzwei. O physikalische Eigenschaften 18

Siedetemperatur auf Bergen • Bei einem Druck der kleiner als der normale Luftdruck (1013 h. Pa) ist, siedet eine Flüssigkeit unterhalb ihres normalen Siedepunktes. • Bsp. : Auf Bergen sinkt mit der Höhe der Luftdruck, daher siedet Wasser z. B. am Dachstein bei ca. 95° C am Mont Blanc sogar schon bei ca. 83° C. Projektarbeit Hzwei. O physikalische Eigenschaften 19

Schlittschuhlaufen · Bei hohem Druck hat Wasser einen niedrigeren Schmelzpunkt. · Eis schmilzt unter den Kufen der Schlittschuhe und die Schuhe gleiten über den Wasserfilm. Projektarbeit Hzwei. O physikalische Eigenschaften 20

Kapillarität § Wird ein enges Rohr in eine benetzende Flüssigkeit getaucht, so steigt die Flüssigkeitssäule. Diese Erscheinung wird als Kapillarität bezeichnet. § Die Kapillarität beruht auf Kohäsion und Adhäsion. § Wenn die Adhäsion größer ist als die Kohäsion, dann steigt die Flüssigkeit in der Flüssigkeitssäule, weil die Anziehungskräfte zwischen Flüssigkeitsteilchen und Rohrteilchen stärker sind als unter den Flüssigkeitsteilchen. Projektarbeit Hzwei. O physikalische Eigenschaften 21

Wasser – eine benetzende Flüssigkeit • Bei Wasser im Glasgefäß ist die Adhäsion größer als die Kohäsion, und die Flüssigkeitssäule steigt in einer Kapillare höher als im Hauptgefäß. • Bedeutung: Durch diese Erscheinung kann Wasser und damit auch gelöste Nährstoffe in den Pflanzen von den Wurzeln bis in die Spitzen transportiert werden. Projektarbeit Hzwei. O physikalische Eigenschaften 22

Oberflächenspannung durch Kohäsion • Im Wasser kommt es zu einer großen • • • Oberflächenspannung, da die Moleküle an der Oberfläche von denen im Innern der Flüssigkeit durch Kohäsion angezogen werden. Auch eine gewöhnliche Büroklammer oder eine leichte Münze schwimmt auf der Wasseroberfläche. Bei randvollen Gefäßen kann man eine leichte Erhebung sehen. Beim Wäschewaschen oder beim Spülen wird die Oberflächenspannung durch die Wasch- und Spülmittel (Tenside) verringert, wodurch sich die Reinigungswirkung verbessert. Projektarbeit Hzwei. O physikalische Eigenschaften 23