Die drei Aggregatzustände - Erklärung

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1 Die drei Aggregatzustände - Erklärung VERSUCH 1 - DIE WASSERPISTOLE Versuchsdurchführung: Die Wasserpistole (Bild 4) wird zum einerseits mit Wasser und andererseits mit Luft gefüllt. Anschließend schießt man mit der konstruierten Pistole Wasser und Luft heraus Beobachtung: Beim Abdrücken der Wasserpistole schießt das Wasser aus dem Schlauch. Beim Abdrücken des Kolbens mit Luft schießt ebenfalls die Luft aus der Öffnung. Der Luftzug ist allerdings im Vergleich zum Wasserstrahl etwas schwächer. Technik 1 / 7

2 Ergebnis: Sowohl Wasser als auch Luft suchen Austrittsmöglichkeiten, wenn sie unter Druck gesetzt werden. Beide Stoffe füllen den Zylinder aus und passen sich an dessen Form an. VERSUCH 2 - LUFT UND WASSER UNTER DRUCK Versuchsdurchführung: Wir nehmen den Hydraulikzylinder (Bild 1) und ziehen den Kolben heraus. Anschließend halten wir den Finger an die Stelle, in der die Luft angesaugt wurde und schieben den Kolben wieder in den Zylinder hinein. Den Versuch wiederholen wir. Allerdings saugen wir dieses Mal Wasser ein, halten einen Finger auf die Stelle an der das Wasser in den Zylinder eingetreten ist und drücken den Kolben in den Zylinder hinein. 1. Beobachtung: Der Kolben lässt sich, wenn Luft im Zylinder ist, in den Zylinder hineindrücken, allerdings umso schwerer je tiefer er hineingeschoben wird. Bei Wasser lässt sich der Kolben nicht oder nur sehr wenig in den Zylinder hineindrücken. Ergebnis: Gase, in unserem Fall die normale Atemluft, lassen sich leichter zusammendrücken als Flüssigkeiten. Technik 2 / 7

3 DIE DREI AGGREGATZUSTÄNDE Wenn du mit der Faust auf den Tisch schlägst, gibt es zwar ein lautes Geräusch mit dem Tisch selbst passiert aber nur wenig. Patschst du dagegen einmal mit der Faust ins Wasser, so spritzt es zur Seite, deine Hand taucht ein und ist bald rundum von Wasser umgeben. Beim Eintauchen hast du kurz einen Widerstand gespürt. Lässt du nun deine Faust voller Energie in die Luft hochschnellen, dann spürst du fast gar nichts, es ist wie ein Schlag ins Leere. Drei unterschiedliche Körper dreimal ein anderer Widerstand: Die hölzerne Tischplatte ist ein fester oder starrer Körper. Wasser ist ein flüssiger Körper (eine Flüssigkeit) und Luft ist ein gasförmiger Körper (ein Gas). Diese Zustände werden in der Physik auch als Aggregatszustände bezeichnet. Sie entstehen durch die unterschiedlich stark ausgeprägten Anziehungskräfte (= Kohäsionskräfte) zwischen einzelnen Molekülen oder Atomen. Aber was genau ist ein Atom oder ein Molekül? Wenn du eine Tafel Schokolade in die Hand nimmst, kannst du diese in kleinere Stück zerteilen. Dieses Zerteilen kannst du in deinem Kopf beliebig oft machen bis du so kleine Stücke von der Schokolade bekommst, die du nicht mehr sehen kannst. Atome sind somit also die kleinsten Teile eines Stoffes. Moleküle sind Verbindungen von kleinsten Teilen. Somit also ein Gebilde, das aus mindestens zwei Atomen besteht. Technik 3 / 7

4 Dazu wollen wir uns einmal ein Kleines Schaubild anschauen. Atome Molekül Alle Körper und Stoffe bestehen aus Molekülen und Atomen. Zwischen ihnen herrschen Anziehungskräfte, die sie mehr oder weniger zusammenhalten. Diese Kräfte heißen Kohäsionskräfte. FEST Bei festen Körpern ist die Kohäsion so stark, dass sie eine bestimmte Form und ein bestimmtes Volumen (einen bestimmten Rauminhalt) behalten. FLÜSSIG Auch die Moleküle von Flüssigkeiten werden durch Kohäsion aneinander gebunden. Aber sie lassen sich im Gegensatz zu den Molekülen von festen Körpern gegeneinander verschieben. Deswegen haben sie keine eigene Gestalt sie nehmen die Form des Gefäßes an in dem Sie sich befinden. Sei es nun ein Trinkglas oder der Meeresboden. GASFÖRMIG Bei Gasen, zum Beispiel bei unserer Atemluft, gibt es fast gar keine Kohäsion. Dennoch nimmt ein Gas, wie eine Flüssigkeit auch, die Form Technik 4 / 7

5 des Gefäßes an, in dem es sich befindet. Dabei füllt das Gas den angebotenen Raum immer gleichmäßig aus, egal wie groß jener ist. WECHSEL ZWISCHEN AGGREGATSZUSTÄNDEN Jeder Stoff kann die drei oben erklärten Aggregatzustände einnehmen. Um von einem Aggregatzustand in den nächsten wechseln zu können, müssen mehrere Faktoren stimmen. Wir beschränken uns hier auf den am bekanntesten und am häufigsten anzutreffenden Faktor, der für den Wechsel zwischen den Aggregatzuständen verantwortlich ist: die Temperatur. Um dieses Beispiel weiter zu vertiefen schauen wir uns das Element Wasser bei verschiedenen Zuständen an: Technik 5 / 7

6 Wasser wird bei mindestens 0 C oder niedrigeren Temperaturen zu Eis (Schnee) und wechselt somit seinen Aggregatzustand von flüssig zu fest. Dies heißt gefrieren. Kehrt man diesen Prozess um, nennt man es schmelzen (Wenn du Schnee in die Hände nimmst, werden sie nass). Wird Wasser auf über 100 C erhitzt so beginnt es erst zu kochen und dann zu verdampfen, kühlt sich Wasser auf unter 100 C ab, verflüssigt es sich wieder. Diesen Prozess nennt man kondensieren. Die Temperatur, die für den Wechsel zwischen den unterschiedlichen Aggregatzuständen nötig ist, ist stoffabhängig. WORAUS BESTEHT LUFT? Die Luft unserer Atmosphäre, also die Luft, die wir atmen, ist ein Gemisch, das aus verschiedenen Gasen besteht. In Bodennähe besteht sie zu 78 % aus Stickstoff (die chemische Bezeichnung für Stickstoff ist N bzw. N 2 ), zu 21 % aus Sauerstoff (die chemische Bezeichnung für Sauerstoff ist O 2 ), zu 0,9 % aus dem Edelgas Argon (die chemische Bezeichnung für Argon ist Ar) und außerdem zu sehr kleinen Anteilen aus anderen Edelgasen und Kohlenstoffdioxid oder abgekürzt nur Kohlendioxid (die chemische Bezeichnung für Kohlenstoffdioxid ist CO 2 ). Der Wasserdampfgehalt der Luft schwankt. Technik 6 / 7

7 Zusammenfassung: Gase lassen sich leichter zusammendrücken als Flüssigkeiten, weil die Kohäsionskräfte zwischen den Atomen und den Molekülen geringer sind als die Kohäsionskräfte zwischen den Atomen und Molekülen von Flüssigkeiten. Die Kohäsionskräfte zwischen den Atomen und Molekülen sind auch maßgeblich für die Aggregatzustände eines Stoffes verantwortlich. Unterschieden werden die Aggregatzustände fest, flüssig und gasförmig. Hast du noch Fragen oder ist dir etwas unklar? Dann schau dir den Erklärungsfilm an und/oder ruf die Onlinebetreuung an. Technik 7 / 7