Thermische Ausdehnung

Temperatur

Leifi Physik - Ausdehnung bei Erwärmung

Beispiele entnommen aus:  © Leifiphysik

Was geschieht im allgemeinen, wenn ein fester Körper erwärmt wird? Welche Aussagen sind richtig
a) Die Dichte des Körpers wird geringer.
b) Das Gewicht des Körpers nimmt ab.
c)  Das Volumen des Körpers nimmt zu.
d) Das Gewicht des Körpers bleibt gleich.
e) Die Dichte des Körpers nimmt zu.
Antwort: a, c, d

©Leifiphysik

Die Kugel passt bei 50°C gerade nicht durch den Ring. Was kann man tun? a) Die Kugel abkühlen lassen. b) Die Kugel erhitzen. c) Den Ring abkühlen d) Den Ring erhitzen. e) Man kann gar nichts machen. Antwort: a, d

 

©Leifiphysik

In welche Richtung biegt sich eine einseitig durch die Sonne erhitzte Stange? a) Sie biegt sich gar nicht. b)  Sie biegt sich auf die Sonne zu. c) Sie biegt sich von der Sonne weg Antwort: c

Bimetallstreifen 

Wähle aus der Liste aus und du erfährst sofort ob die Antwort richtig oder falsch ist. Man kann nun so lange probieren bis man die richtige Antwort findet oder man klickt auf das ? und es erscheint die richtige Lösung. 

Für die Längenausdehnungszahlen gilt: a_Zn > a_Al > a_Fe

	Der Bimetallstreifen biegt sich ? nach oben überhaupt nicht nach unten
	Der Bimetallstreifen biegt sich ? nach oben überhaupt nicht nach unten
©Leifiphysik	Der Bimetallstreifen biegt sich ? nach oben überhaupt nicht nach unten

Noch mehr Beispiele : http://www.physik.uni-muenchen.de/didaktik/U_materialien/leifiphysik/web_ph09/materialseiten/01_ausdehnung.htm

Thomas Schreffl http://magnet.atp.tuwien.ac.at/ts/fhpw/thermo.pdf

Material a [K-1] Aluminium 24.10-6 Eis 51.10-6/37 Glas 9.10-6 Kupfer 17.10-6 Stahl und Beton 12.10-6 Typische Werte des Ausdehnungskoeffizienten Metalle zwischen 10-6 und 10-5 K-1. Flüssigkeiten sind sie etwa um den Faktor 10 größer.

Beispiele:

1. Eine freitragende 100m lange Brücke besteht aus Stahl. Um wie viel unterscheiden sich die Brückenlängen im Winter (-25°C) und im Sommer (+35°C)?
   Geg.: DT=60K; a=12.10^-6 K^-1
   DL = 12.10^-6 K^-1.100m.60K=0,072m
   Die Stahlbrücke ändert ihre Länge um 72mm
   

2. Angenommen, die Deutsche Bundesbahn hätte beim Ausbau der 290 km langen ICE-Strecke zwischen Berlin und Hamburg einen zusammenhängenden Strang Stahl für die Gleise verwendet. Um welche Länge würde sich das Gleis zwischen dem kältesten Wintertag (-20°C) und dem wärmsten Sommertag (34 °C) ausdehnen?
   Der lineare Ausdehungskoeffizient von Stahl ist a_Stahl = 1,2·10^-5 K^-1.
   Lösung

Beispiel

3. Ein rechteckiger Benzinkanister hat eine Grundfläche von 15,8 cm mal 11,9 cm. Er enthält 1,30 Liter Benzin. Um wie viele Millimeter steigt der Benzinspiegel an, wenn die Temperatur um 34,0 °C steigt?
   Der Koeffizient der Volumenausdehnung von Benzin ist 9,5·10^-4 K^-1.
   Vernachlässigen Sie die Ausdehnung des Kanisters.
   Lösung

Versuche zur  Längenausdehnung

Hier eine einfache Anordnung, mit der man die Längenausdehnung eines Drahtes beobachten kann. Die Stecknadel dient als Drehlager.

Siehe auch:

http://www.physik.uni-muenchen.de/didaktik/U_materialien/leifiphysik/web_ph09/versuche/01laengen_fest/laengenfest.htm

http://www.physik.uni-muenchen.de/didaktik/U_materialien/leifiphysik/web_ph09/heimversuche/01ausdehnung/index.htm

Quellen:

http://magnet.atp.tuwien.ac.at/ts/fhpw/thermo.pdf

http://www.bg-reithmann.asn-ibk.ac.at/lehr/eisenzopf/eisenzopf.htm

Lösung Beispiel 2:
DT = 54 K, so dass DL = 1,2·10-5 K-1 · 290 000 m · 54 K = 190 m .
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Lösung Beispiel 3:

Die Volumenänderung bei einer Temperaturdifferenz T bei einem Koeffizienten der Volumenausdehnung ist

DV = g DT .V .=9,5·10^-4 K^-1.34K.1.3dm³=0,04199 dm³
Grundfläche A = 1,58.1,19dm²=1,8802dm²

Dh = DV / A= 0,0223dm=2,23mm
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