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Volumenveränderung von Körpern bei Temperaturänderung

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Volumenveränderung von Körpern bei Temperaturänderung

Was passiert mit Körpern wenn sich die Temperatur verändert? Dieser Frage wollen wir in diesem Artikel auf den Grund gehen. Wir erklären Dir, warum und wie sich das Volumen von Körpern verändert.

Dieser Artikel gehört zu dem Fach Physik und kann dem Thema Wärmelehre zugeordnet werden.

Was passiert mit Körpern wenn sich die Temperatur verändert?

Ein Körper ist in der Physik dadurch gekennzeichnet, dass er eine Masse besitzt und Raum einnimmt. Diese Körper können entweder fest, flüssig oder gasförmig sein (Aggregatzustand). Bei einer bestimmten Temperatur hat der jeweilige Körper immer ein bestimmtes Volumen. Das Volumen wird mit dem Formelzeichen V abgekürzt und gibt an, wie viel Rauminhalt der jeweilige Körper einnimmt.

Wenn sich die Temperatur ändert, verändert sich in der Regel auch das Volumen des Körpers. Die Volumenänderung ist dabei abhängig von dem Ausgangsvolumen und der Temperaturveränderung: je größer das Ausgangsvolumen ist und je größer die Temperaturänderung ist, desto größer ist die Veränderung des Volumens. Außerdem hängt die Volumenänderung auch von dem Stoff des Körpers ab.

  • Körper besitzen Masse und nehmen Raum ein
  • Körper können fest, flüssig oder gasförmig sein (Aggregatzustand)
  • Das Volumen V eines Körpers gibt an, wie viel Rauminhalt er einnimmt • Die Volumenänderung ist abhängig von dem Stoff und dem Ausgangsvolumen des Körpers, sowie von der Temperaturveränderung
  • Je größer das Ausgangsvolumen und die Temperaturänderung, desto größer ist die Volumenveränderung

Wie verändert sich das Körpervolumen bei Temperaturänderung?

In der Regel kann gesagt werden, dass das Volumen sich mit einer Erhöhung der Temperatur vergrößert. Umgekehrt verkleinert sich das Volumen bei Abkühlung. Dies kann dadurch begründet werden, dass warme Teilchen stärker hin- und herschwingen, weshalb sie mehr Raum benötigen. Man kann also sagen, dass die Körper sich bei Erwärmung ausdehnen und bei Abkühlung zusammenziehen.

  • Das Volumen eines Körpers vergrößert sich, wenn sich seine Temperatur erhöht und umgekehrt
  • Die Begründung der Volumenveränderung bei Temperaturänderung lässt sich mit der Geschwindigkeit der Teilchenbewegung erklären: je wärmer der Körper ist, desto schneller können die Teilchen hin- und herschwingen

Volumenveränderung von festen Körpern bei Temperaturänderung

Wenn sich die Temperatur eines festen Körpers zunimmt, vergrößert er seine Länge, seine Breite, sowie sein Volumen. Durch die zunehmende Temperatur schwingen die Teilchen in dem Festkörper stärker um ihre Ruhelage, wodurch sich die Abstände zwischen den Molekülen vergrößern.

Dies hat zur Folge, dass das Volumen größer wird und die Kräfte, welche die Teilchen des Festkörpers zusammenhalten (Kohäsionskräfte genannt) geringer werden.

Sinkt die Temperatur des Körpers wieder, verkleinert sich das Volumen wieder. Bei dem Bau von Brücken, Staudämmen oder Bahnschienen zum Beispiel muss diese Volumenveränderung deshalb immer berücksichtigt werden. Sie müssen so konstruiert werden, dass eine Volumenveränderung durch Temperaturänderungen die Funktion der Brücke nicht beeinträchtigt oder gar zu Schäden führt.

  • Die Temperaturänderung eines festen Körpers führt zu einer Veränderung seiner Länge, seiner Breite und seines Volumens
  • Zunahme der Temperatur führt zu einer Vergrößerung, da die Teilchen stärker schwingen und die Abstände zwischen ihnen größer werden
  • Abnahme der Temperatur führt zu einer Verkleinerung
  • Bei technischen Konstruktionen (z.B. Brücken) muss die Volumenänderung berücksichtigt werden

via docplayer.org

Volumenveränderung von flüssigen Körpern bei Temperaturänderung

Auch bei flüssigen Körpern vergrößert sich ihr Volumen durch eine Temperaturzunahme und verkleinert sich durch eine Temperaturabnahme. Diese Volumenveränderung kann ebenfalls mit der veränderten Geschwindigkeit der Teilchenbewegung erklärt werden. Beim Befüllen von Tanklastern oder Flaschen muss die Volumenveränderung zum Beispiel berücksichtigt werden. Dies ist der Grund, weshalb Tanklaster in der Regel nicht randvoll gefüllt werden.

Wäre dies der Fall, würde mit der Volumenänderung Benzin auslaufen und deshalb die Umwelt gefährden. Außerdem kann hinzugefügt werden, dass sich mit der Volumenveränderung von flüssigen Körpern auch ihre Dichte verändert. Im Allgemeinen sinkt die Dichte einer Flüssigkeit, wenn die Temperatur steigt. Die Volumenänderung eines flüssigen Körpers kann aber auch praktisch genutzt werden. Ein Beispiel dafür ist ein Flüssigkeitsthermometer. Wie dieser funktioniert, kannst du in dem Artikel Temperatur und Wärme nachlesen.

  • Das Volumen von flüssigen Körpern nimmt bei Temperaturzunahme zu und bei Temperaturabnahme ab
  • Die Volumenveränderung von Flüssigkeiten muss zum Beispiel beim Befüllen eines Tanklasters berücksichtigt werden
  • Die Dichte eines flüssigen Körpers nimmt ab, wenn die Temperatur zunimmt
  • Volumenänderung von Flüssigkeiten kann auch genutzt werden (z.B. Flüssigkeitsthermometer)

via 123mathe.de

Volumenveränderung von gasförmigen Körpern bei Temperaturänderung

Ebenso wie bei festen und flüssigen Körpern, vergrößert sich auch das Volumen eines flüssigen Körpers, wenn sich die Temperatur erhöht und umgekehrt. Gase dehnen sich bei Temperaturzunahme aus und ziehen sich bei Temperaturabnahme wieder zusammen. Dies kann beispielsweise beim Aufblasen einer Luftmatratze beachtet werden. Liegt diese in der prallen Sonne, wird der Druck im Inneren durch die Temperaturerhöhung größer, weshalb sie sich die Luft im Inneren stärker ausbreitet und die Matratze sich folglich stärker aufbläst. Dieser Druck muss auch beim Aufpumpen von Fahrzeugreifen berücksichtigt werden. Um einerseits zu verhindern, dass die Reifen bei einer starken Temperaturzunahme platzen und um andererseits die Volumenabnahme bei Temperaturabnahme im Blick zu behalten.

  • Das Volumen von gasförmigen Körpern nimmt bei Temperaturzunahme zu und bei Temperaturabnahme ab
  • Die Volumenveränderung kann mit der Teilchenbewegung begründet werden
  • Die Ausdehnung von Gasen muss beim Aufpumpen von Fahrzeugreifen berücksichtigt werden

via uniulm.de

Gasförmige Körper dehnen sich stärker als flüssige Körper und flüssige Körper stärker als feste Körper aus. Dies kann erneut mit der Teilchenbewegung erklärt werden, welche mit einer Temperaturzunahme zunimmt. Da die Moleküle in Gasen bereits viel Raum einnehmen und stark schwingen, ist hierbei die Teilchenbewegung bereits höher als die bei flüssigen oder gar festen Körpern.

Wie wird die Volumenänderung bei Temperaturänderung berechnet?

Die Volumenänderung ∆V wird aus dem Produkt des Volumenausdehnungskoeffizient γ dem Ausgangsvolumen V0 und der Temperaturdifferenz ∆T berechnet. Der Volumenausdehnungskoeffizient ist abhängig von dem Stoff des jeweiligen Körpers. Er gibt an, wie stark sich der jeweilige Körper in Abhängigkeit zu dem Stoff ausdehnt. Daher hat jeder Körper seinen eigenen Ausdehnungskoeffizienten. Eisen dehnt sich beispielsweise fast viermal so stark aus wie Glas.

∆V = γ • V0 • ∆T

Das neue Volumen des Körpers nach der Temperaturänderung ∆T wird folgendermaßen berechnet:

V = V0 + ∆V = V0 (1 + γ • ∆T)

Volumenveränderung von Körpern bei Temperaturänderung – Alles Wichtige auf einen Blick:

  • Körper können fest, flüssig oder gasförmig sein (Aggregatzustand)
  • Das Volumen V eines Körpers gibt an, wie viel Rauminhalt er einnimmt
  • Je größer das Ausgangsvolumen und die Temperaturänderung, desto größer ist die Volumenveränderung: je wärmer der Körper ist, desto schneller können die Teilchen hin- und herschwingen (Teilchenbewegung)
  • Allgemein kann man sagen: die Volumenveränderung ist bei gasförmigen Körpern größer als bei flüssigen Körpern und bei flüssigen Körpern größer als bei festen Körpern
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