Das ist ja nicht normal!

Transkript

1 1 Das ist ja nicht normal! Warum bekommen Straßen ständig neue Schlaglöcher? Warum geht eine Wasserflasche kaputt, wenn sie vollgefüllt ins Tiefkühlfach liegt? Warum schwimmt Eis auf Wasser? Und warum steigt der Meeresspiegel an? Es ist schon erstaunlich, wie viele Fragen durch eine einzige Erklärung beantwortet werden können: das Wasser braucht je nach Temperatur unterschiedlich viel Platz, denn seine Dichte unterscheidet sich je nach Temperatur. Warum das so ist, erfährst du auf den folgenden Seiten. I. Grundlagen. Was bedeutet Dichte? Stell dir vor, du baust eine Sandburg. Dazu nimmst du den losen Sand, schaufelst ihn auf einen Haufen und drückst ihn so fest wie möglich zusammen. Je fester du die Sandkörner aneinander drückst, desto dichter liegen die Sandkörner nebeneinander, und desto stabiler ist deine Sandburg. Fülle zwei Gläser mit der gleichen Menge an Sand. Schüttele das eine ein Glas, damit der Sand möglichst locker liegt (A). Drücke im anderen Glas den Sand so fest wie möglich zusammen (B). Fülle nun die Tabelle aus: A B Entfernung der einzelnen Sandkörner voneinander (nah, weit) Festigkeit des Sandes (gering, hoch) Dichte des Sandes (klein, groß) Gewicht wenn das Glas ganz gefüllt ist (leichter, schwerer) Nun stelle dir vor, die Sandkörner wären Wassermoleküle. Je näher die Wassermoleküle nebeneinander liegen, desto ist die Dichte des Wassers. Dann sollte auch gelten: je näher die Wassermoleküle nebeneinander liegen, desto und ist das Wasser. Aber ist das auch so? (Setze folgende Wörter ein: schwerer, fester, höher). Wäre das der Fall, dann müsste festes Wasser, also Eis, im Wasser (untergehen/ schwimmen).

2 2 1. Experiment: Schwimmt Eis im Wasser oder geht es unter? Aufgabe: Untersuche, wie sich ein Stück Eis und ein Stein in Wasser verhalten! Schwimmen sie oder gehen sie unter? Materialien: 1 Wasserglas, Eiswürfel, Stein Wie kannst du dir dieses Ergebnis erklären? (setze ein: kleiner, größer) Das Gewicht von Eis ist als das von Wasser. Eis hat also eine Dichte als Wasser. Das Gewicht des Steins ist als das von Wasser. Stein hat also eine Dichte als Wasser. Was wäre wenn sich das Eis nicht so verhalten würde? Was würde im Winter mit den Fischen im See passieren? Wo würden wir Schlittschuh fahren? Zeichne die Antwort zu einer dieser Fragen!

3 3 2. Experiment: Was braucht mehr Platz Eis oder flüssiges Wasser? Aufgabe: Untersuche, was mehr Platz einnimmt, Eis oder flüssiges Wasser! Materialien: 2 Reagenzgläser, Stift, Pipette, ein Tiefkühlfach, Wasser Hypothese: Hypothese eine Vermutung, die überprüft werden kann, nennt man Hypothese. Die Überprüfung einer Hypothese ist ein wichtiger Teil der naturwissenschaftlichen Forschung. Dadurch können Wissenschaftler feststellen, ob ihre Vermutung stimmt oder nicht. Versuchsablauf: Mein Ergebnis zeigt, dass Eis Platz als Wasser einnimmt. Also hat Eis eine Dichte als flüssiges Wasser. Das Ergebnis meines Versuchs hat meine Hypothese (nicht) bestätigt.

4 4 Warum ist das so? Im festen Aggregatszustand, also als Eis, sind die Wassermoleküle in regelmäßigen Abständen fest miteinander verbunden (siehe Das sind vielleicht Zustände! ). Im flüssigen Aggregatszustand, also als Wasser, liegen die einzelnen Wassermoleküle dichter nebeneinander als im festen Zustand. Flüssiges Wasser hat also eine höhere Dichte als Eis. Das bedeutet, dass die gleiche Menge von Wassermolekülen im flüssigen Wasser weniger Platz einnimmt als im Eis. Beim Gefrieren dehnt sich das Wasser also aus. Nur Wasser hat eine solche Dichteverteilung. Alle anderen Stoffe habe im festen Zustand ihre größte Dichte. Man bezeichnet diese nicht-normale Dichte des Wassers daher auch als Dichteanomalie. Beide Gefäße sind bis oben mit Eis bzw. Wasser gefüllt. Male Wassermoleküle als Punkte in die beiden Gefäße, separat für Eis und für Wasser! Welches Gefäß ist schwerer? In welchem Gefäß ist eine höhere Dichte von Wassermolekülen? Nun kannst du Folgendes erklären: 1. Warum zerspringt eine gefüllte Getränkeflasche im Tiefkühlfach? 2. Warum entstehen im Winter Schlaglöcher?

5 5 3. Experiment: Was braucht mehr Platz kaltes oder heißes Wasser? Aufgabe: Untersuche, ob kaltes Wasser mehr oder weniger Platz braucht als warmes Wasser! Materialien: 2 Glaskolben, 2 Steigrohre, Pipette, 2 Wasserbecken. Versuchsablauf: Mein Ergebnis zeigt, dass kaltes Wasser (weniger / mehr) Platz einnimmt als heißes Wasser. Also hat kaltes Wasser eine (niedrigere / höhere) Dichte als heißes Wasser. Warum ist das so? Je höher die Temperatur ist, desto schneller bewegen sich die Moleküle. Das ist nicht nur bei Wassermolekülen im flüssigen Wasser der Fall, sondern auch bei allen anderen Teilchen, denn die Energie der Wärme wird in Bewegung übertragen. Je schneller sich die Teilchen bewegen, desto mehr Platz benötigen sie, desto geringer ist also ihre Dichte.

6 6 II. Aktuell. Veränderungen in der Arktis a. Ausdehnung des arktischen Meereises In diesem Bild der NASA siehst du, wie viel Eis (und Schnee, das auf dem Eis liegt) im Durchschnitt in den letzten 30 Jahren im September in der Arktis vorhanden war (die Fläche innerhalb der Linie). In Weiß sieht man, wie viel Eis im September 2012 noch vorhanden war. Veränderung der Ausdehnung des arktischen Meereises im September Quelle: Beschreibe, wie sich die Ausdehnung des Meereises in der Arktis in den letzten Jahren verändert hat! Welche Folgen hat diese Veränderung auf den Meeresspiegel? Das findest du in den nächsten beiden Experimenten heraus.

7 7 4. Experiment: Steigt der Meeresspiegel, wenn das arktische Meereis schmilzt? Aufgabe: Vergleiche die Wasserhöhe in einem Glas mit Eiswürfeln mit der Wasserhöhe nach dem Schmelzen der Eiswürfel. Materialien: 1 Glas, Stift, Eiswürfel, heißes Wasser Hypothese: Versuchsablauf: Mein Ergebnis zeigt, dass nach dem Schmelzen der Eiswürfel der Wasserspiegel im Glas (niedriger / höher / ähnlich) ist wie zuvor. Der Grund dafür ist, dass. Das Schmelzen des arktischen Meereises ist daher (ein / kein) wichtiger Grund für den aktuellen Anstieg des Meeresspiegels. Das Ergebnis meines Versuchs hat meine Hypothese (nicht) bestätigt.

8 8 5. Experiment: Steigt der Meeresspiegel, wenn Eis auf dem Festland schmilzt? Aufgabe: Untersuche, wie sich der Wasserspiegel verändert, wenn Gletscher schmelzen! Materialien: 1 Glas, Stift, Eiswürfel, kleines Teesieb, Wasser Hypothese: Versuchsablauf: Mein Ergebnis zeigt, dass nach dem Schmelzen der Eiswürfel der Wasserspiegel im Glas (niedriger / höher / ähnlich) ist als zuvor. Der Grund dafür ist, dass. Das Schmelzen von Gletschern ist daher (ein / kein) wichtiger Grund für den Anstieg des Meeresspiegels. Das Ergebnis meines Versuchs hat meine Hypothese (nicht) bestätigt.

9 9 Zusammenfassung: Eis hat eine Dichte als flüssiges Wasser, da die Wassermoleküle im Eis verbunden sind, und dadurch Platz einnehmen. Wenn Wasser gefriert, kann es daher Gegenstände. Daher ist Eis als Wasser, so dass Eis im Wasser. Da Wasser im flüssigen Zustand eine Dichte als im festen Zustand hat (was für alle anderen Stoffe zutrifft), nennt man diese Eigenschaft auch. Warmes Wasser hat eine Dichte als kaltes Wasser, nimmt also Platz ein als kälteres Wasser. Dies kann einen Teil des Meeresspiegelanstiegs erklären. Ein anderer Grund dafür ist das Schmelzen von auf dem Festland. leichter nicht geringere Dichteanomalie mehr fest höhere Eis und Schnee sprengen mehr niedrigere schwimmt