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Anomalie des Wassers

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Physik

In diesem Artikel erfährst du mehr über die Anomalie des Wassers. Wir erklären dir, was die Anomalie des Wassers ist, wo diese überhaupt auftaucht und was die Ursache hierfür ist. Dieser Artikel hilft dir dabei, sowohl theoretisches als auch praktisches Wissen in diesem Gebiet zu erlangen.


Dieser Artikel gehört zum Fach Physik und erweitert das Themengebiet Volumenänderung von Körpern bei Temperaturänderung.



Anomalie des Wassers


Anomalie des wassers Delphin welcher aus dem Wasser schaut StudySmarter

Wasser ist eine ganz besondere Flüssigkeit, ohne Wasser könnte kein einziges Lebewesen auf dieser Erde existieren. Du benötigst Wasser zum spülen, kochen und am wichtigsten natürlich zum Trinken.


Hast du dich im Winter eigentlich jemals gefragt wie es Fische schaffen, im riesigen Ozean zu überleben ohne Jacke und Heizung? Vielleicht noch nicht, aber jetzt wo du es mal gehört hast möchtest du vielleicht auch gleich die Antwort auf diese Frage haben. Es liegt an der Anomalie des Wassers.


Jetzt fragst du dich bestimmt, was an Wasser so besonders sein soll, oder? Es handelt sich dabei doch auch nur um eine Flüssigkeit wie jede andere auch? Das stimmt nicht so ganz, aber fangen wir erst einmal langsam an. Zuerst musst du verstehen, was die Anomalie des Wassers überhaupt aussagt und wofür diese steht.


Die Anomalie des Wassers gibt an, dass Wasser nur bis zu einer Temperatur von 4 °C sein Volumen verringert. Wenn Wasser ab 4 °C weiter erwärmt oder abkühlt, wird das Volumen wieder größer und seine Dichte sinkt. Dieser Zustand wird auch Dichteanomalie genannt.


Soweit so gut, doch was unterscheidet denn jetzt genau Wasser von anderen Flüssigkeiten? Darauf gehen wir im nächsten Abschnitt mal ein wenig genauer ein.


Ohne diese Anomalie des Wassers währe Leben in den Ozeanen für die meisten Lebewesen gar nicht erst möglich.


Was unterscheidet Wasser von anderen Flüssigkeiten


Bei jeder Flüssigkeit ändert sich die Dichte, wenn die Temperatur erhöht oder absenkt wird. Bei einer Temperaturerhöhung nimmt die Dichte zwangsläufig ab, während sie bei einer Abkühlung zunimmt. 


Generell gilt folgendes: Kühlst du ab, verringert sich das Volumen und die Dichte wird größer. Dies trifft auf alle Flüssigkeiten zu, bis auf Wasser. 


Stell dir vor was passieren würde, wenn dies auch bei Wasser der Fall wäre! Das kalte Wasser würde ständig nach unten absinken und viele Fische, aber auch Korallen und sonstige Meereslebewesen auf dem Meeresboden könnten aufgrund der niedrigen Temperatur gar nicht erst existieren!

Du erkennst also, dass Wasser hierbei eine Sonderrolle einnimmt und somit erst das Leben auf dem Meeresboden ermöglicht. 


Wenn Wasser abgekühlt wird, steigt seine Dichte nur bis zu einer Temperatur von 4 °C. Sobald diese Temperatur erreicht ist, bewirkt eine weitere Abkühlung nicht mehr das die Dichte steigt, sondern das Gegenteil! Die Dichte nimmt wieder ab. Dadurch hat Wasser also seine höchste Dichte, mit  und damit verbunden auch sein kleinstes Volumen bei 4 °C, dadurch kann es auf dem Meeresboden niemals kälter als 4 °C werden.


 

Wasser ist die einzige Flüssigkeit, welche diese einzigartige Eigenschaft besitzt.


Erklärung Anomalie des Wassers


Nun hast du schon gelernt, dass Wasser eine ganz besondere Flüssigkeit ist. Doch warum besitzt Wasser überhaupt eine Dichteanomalie? Wasser besteht aus sogenannten Clustern, welche durch Wasserstoffbrückenbindungen zusammengehalten werden.


Bei einer Temperaturzunahme nimmt die Wärmebewegung zu, weshalb sich diese Wasserstoffbrückenbindungen wieder lösen. Wenn Wasser abkühlt,  nimmt die Wärmebewegung ab und es lagern sich immer mehr Teilchen an den Clustern an! Das heißt also: Die Cluster werden immer größer! Während die Cluster größer werden, nehmen die Abstände zwischen den einzelnen Teilchen ab, weshalb es zu einer Zusammenziehung kommt.


Diese beiden Effekte sind bei einer Temperatur von 4 °C noch im Gleichgewicht. Wird eine Temperatur von 4 °C hingegen unterschritten ist die thermische Zusammenziehung im Vergleich zur Vergrößerung der Cluster nur noch gering und das Volumen steigt und die Dichte nimmt ab diesem Zeitpunkt wieder ab. 


Nun kennst du auch die Ursachen warum Wasser überhaupt eine Dichteanomalie besitzt. Im nachfolgenden Abschnitt siehst du nun einige Beispiele wo diese Dichteanomalie überhaupt im Alltag auftaucht. Bist du schon gespannt?   




Wasser im Alltag

Schauen wir uns doch mal an, wo du die Dichteanomalie des Wassers in der Realität und im Alltag so wiederfindest! 

Eisberg


Anomalie des wassers Eisberg mit zwei Wolken. Großteil des Eisberges unter Wasser. Farben sind hell- und dunkelblau. StudySmarterHast du dich jemals gefragt, warum eigentlich riesige Eisberge auf der Wasseroberfläche schwimmen können ohne unterzugehen? Dies liegt ebenfalls mit der Dichteanomalie des Wassers!


Während Wasser in flüssiger Form eine weitaus höhere Dichte besitzt, sieht dies im festen Zustand ganz anders aus. Beim Wechsel des Aggregatzustandes von der flüssigen zur festen Form (also von Wasser zu Eis), nimmt die Dichte schlagartig ab und das Volumen zu. Dies ist auch der Grund warum das Eis auf dem Wasser schwimmt, denn Eis mit einer niedrigeren Dichte wird nach oben getrieben und verbleibt dort auch. Der Dichteunterschied zwischen flüssigem und festen Aggregatzustand von Wasser ist also der Auslöser für dieses Naturphänomen.

Eisberge bestehen aus Süßwasser, also aus Schnee, während das Meerwasser aus Salzwasser besteht. Der Dichteunterschied ist hier also etwas größer!

Sprengkraft von Wasser

Anomalie des wassers Rohr welches geplatzt ist mit einem Tropfen Wasser. StudySmarterWasser besitzt eine enorme Sprengkraft, welche dementsprechend auch einen erheblichen Schaden anrichten kann. Dies ist der Anomalie des Wassers geschuldet, denn wenn Wasser in Rohrleitungen abkühlt wird sein Volumen zunächst kleiner. Dies ist bis zu einer Temperatur von 0 °C kein Problem, da bis hierhin das Wasser noch flüssig ist.


Sobald eine Temperatur von 0 °C unterschritten wird gefriert das flüssige Wasser zu Eis, dies führt zu einer schlagartigen Änderung der Dichte und des Volumens. Während die Dichte kleiner wird, wird das Volumen schlagartig größer und führt dann zu einer Sprengwirkung. Diese Eigenschaft ist sowohl ein Vorteil als auch ein Nachteil. Während bei Ackerböden dies von Vorteil ist, um diese zu lockern, muss bei Wasserrohren dieser Umstand beachtet werden, damit die Rohre keinen Schaden nehmen.


Hast du schon einmal eine volle Glasflasche ins Gefrierfach gestellt, um dann leider merken zu müssen, dass diese geplatzt ist? Dies hängt mit der Sprengkraft des Wassers zusammen, weshalb du am besten niemals eine volle Glasflasche ins Gefrierfach stellen solltest.






Anomalie des wassers - Das Wichtigste auf einen Blick

  • Dichteanomalie des Wassers beschreibt, dass Wasser bei 4 °C seine größte Dichte besitzt und Temperaturen über oder unter 4 °C zu einer Dichteabnahme führen
  • Wachstum von Clustern und thermische Zusammenziehung sind Ursache der Dichteanomalie
  • Übergang von flüssiger Phase in eisförmige bewirkt sprunghafte Vergrößerung des Volumens
  • Sprengwirkung des Wassers in Rohren gefährlich in der Landwirtschaft jedoch von Vorteil
  • Eis schwimmt aufgrund seiner geringeren Dichte auf dem Wasser, Eisberge sind hierfür ein wundervolles Beispiel

Häufig gestellte Fragen zum Thema Anomalie des Wassers

Es gibt eine Anomalie des Wassers, diese beschreibt die Dichteanomalie. Die Dichteanomalie gibt an, dass Wasser bei 4 °C seine höchste Dichte besitzt und beim Überschreiten oder Unterschreiten dieser Temperatur die Dichte wieder abnimmt und das Volumen größer wird.

Wasser besitzt Cluster, an die sich die Teilchen anheften. Die einzelnen Cluster sind hierbei mithilfe von Wasserstoffbrückenbindungen verbunden. Wenn Wasser abgekühlt wird, kommt es zu einer thermischen Zusammenziehung, also die Abstände zwischen den Teilchen und Clustern nehmen ab. Im selben Schritt jedoch heften sich mehr Teilchen an die Cluster, weshalb diese größer werden. Ab einer Temperatur von 4 °C stehen diese beiden Effekte nicht mehr im Gleichgewicht und die Vergrößerung der Cluster dominiert.

Wasser hat bei 4 °C die höchste Dichte, da bis zu diesem Punkt die thermische Zusammenziehung noch gegen die Vergrößerung der Cluster dominiert. Also die Abstände zwischen den einzelnen Teilchen sind bei 4 °C am geringsten.

Eine Anomalie beschreibt eine Abweichung von einer Norm bzw. von etwas, was als Normal erachtet wird. Im Falle der Anomalie des Wassers wird hiermit beschrieben, dass das Verhalten von Wasser von anderen Flüssigkeiten abweicht und eine eigenartige Art besitzt.

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